قام الفيزيائيون بمحاكاة عملية كمومية قد تؤدي إلى إنهاء الكون: ScienceAlert

على الرغم من أن كوننا يبدو مستقرًا، إلا أنه قد يكون في حالة مؤقتة من الهدوء الزائف الذي يمكن أن ينفجر في غمضة عين.

نحن نعتبر الفراغ هو أدنى حالة طاقة في الكون. ولكن من الممكن أن تكون هناك حالة طاقة أقل وأكثر استقرارًا.

من الناحية النظرية، إذا تحول جيب من الفضاء إلى هذه الحالة، فمن الممكن أن يحدث ذلك توسيع وابتلاع الكون بسرعة الضوء، الكتابة فوق الفيزياء كما يذهب.

مرحبًا بكم في اضمحلال الفراغ الزائف، أحد أكثر المفاهيم رعبًا في نظرية الكم – وقد وجد فريق بقيادة فيزيائيين في جامعة تسينغهوا في الصين طريقة لمحاكاته في بيئة مختبرية.

لماذا يريدون أن يفعلوا مثل هذا الشيء؟ حسنًا، يؤدي اضمحلال الفراغ الكاذب فقط إلى تدمير الكون كما نعرفه في بعض السيناريوهات النظرية.

وعلى نطاق أوسع، فهي تقع عند تقاطع نظرية الكم والنسبية – مما يجعلها أداة مفيدة محتملة لمحاولة حل ما سبق اختلافات لا يمكن التوفيق بينها بين الإطارين.

وإليك كيف يعمل. تعتبر معادلات النسبية جيدة للغاية في وصف كيفية عمل الفيزياء في الكون، على نطاقات واسعة وبسرعات عالية.

ومع ذلك، بمجرد دخولك إلى العالم الصغير للغاية – الكون الكمي الموجود بالمقاييس الذرية ودون الذرية – لم تعد النسبية هي الأداة الصحيحة لوصف كيفية تصرف الأشياء.

حاليا، أفضل أداة لهذه المهمة هي نظرية المجال الكميالذي يصف كيفية تفاعل الحقول الكمومية والجسيمات.

عندما تقتصر نظرية المجال الكمي والنسبية على كل من مساريهما، فإنهما تتناغمان معًا، وتقومان بعملهما، ولكن في الظروف القاسية، تتداخلان وتصبح الأمور فوضوية. لا يوجد إطار لذلك يوحد كلا المجالينلذلك يرغب الفيزيائيون في استكشاف نقاط التداخل هذه لمعرفة ما إذا كان بإمكانهم العثور على مثل هذه النظرية.

أحد تنبؤات نظرية المجال الكمي هو أنه لا يوجد شيء اسمه فراغ مثالي. ما نسميه فراغ الفضاء هو بدلاً من ذلك الحالة الأقل طاقة للمجال الكمي.

إذا كان مشهد الطاقة في الحقل الكمي يحتوي على نقاط صغرى محلية متعددة، أو نقاط منخفضة، فإن هذه تتوافق مع فراغات زائفة يمكنها الانتقال إلى فراغ حقيقي (حالة طاقة أقل).

إطار الحدود = “0” سماح = “مقياس التسارع؛ التشغيل التلقائي؛ الكتابة في الحافظة؛ الوسائط المشفرة؛ جيروسكوب؛ صورة داخل صورة؛ مشاركة الويب” Referrerpolicy=”strict-origin-when-cross-origin”allowfullscreen>

فكر في منطقة بها بحيرات متعددة، بعضها أعمق من غيرها. في مكان ما تحتها يوجد حوض أعمق. إذا فُتح نفق في قاع إحدى هذه البحيرات، فسوف يصب في ذلك الحوض الأعمق.

لكن إذا حدث شيء كهذا في فراغ الفضاء، فلن يتم احتواؤه. بدلًا من تصريف المياه بعيدًا، ستتحول منطقة صغيرة من الفضاء إلى حالة الطاقة المنخفضة هذه، لتشكل نوعًا من الفقاعة.

لن تبقى تلك الفقاعة هناك فحسب، بل إذا تجاوزت حجمًا حرجًا، فسوف تتوسع إلى الخارج بسرعة تقارب سرعة الضوء، وتحول كل ما تلمسه إلى تلك الحالة الجديدة.

وهذا هو السبب في أنها تمتد بين نظرية الكم والنسبية. إن النفق الأولي إلى الحالة السفلية هو عملية كمومية – لكن العواقب تحدث على أكبر المقاييس التي يمكن تخيلها، وتتوسع لتغير الكون بأكمله.

لا يمكن لنظرية المجال الكمي ولا النسبية أن تصف هذه العملية بشكل كامل. كلاهما ضروري لفهم اضمحلال الفراغ الكاذب.

وهو ما يعيدنا إلى التجربة المعملية. لم يكن الأمر يتضمن في الواقع إدخال جيب من المكنسة الكهربائية لقلبه من الداخل إلى الخارج، فلا تقلق. وبدلاً من ذلك، استخدم الباحثون الوكيل – أ حلقة ذرات ريدبيرج.

في الذرة العادية، لديك نواة محاطة بسرب صغير من الإلكترونات. إذا أضفت القليل من الطاقة إلى الذرة، فإن سرب الإلكترونات ينتفخ قليلاً، مما يجعل الذرة أكبر قليلاً وأكثر مرونة.

ذرة ريدبرج هي ما تحصل عليه عندما تضيف الكثير من الطاقة في ظل ظروف تسمح لها بالاحتفاظ بإلكتروناتها. إنها تتضخم بشكل كبير جدًا بالنسبة للذرة، حيث يبلغ عرضها عدة ميكرونات، وتكون الإلكترونات مرتبطة بشكل فضفاض قدر الإمكان دون أن تطير.

نظرًا لأنها غير متماسكة للغاية، تتصرف ذرات ريدبيرج بطريقة مبالغ فيها، مما يجعلها مفيدة لإجراء التجارب.

قام الباحثون بترتيب عدد زوجي من ذرات ريدبيرج التنافرية في حلقة. في هذا الترتيب، تقع كل ذرة في محاذاة دورانية معاكسة للذرة على كلا الجانبين، بحيث تحصل على نمط متماثل ومتناوب من محاذاة الدوران حول الحلقة.

ثم قاموا بإثارة الذرات بالليزر، مما أدى إلى كسر التماثل. سمح هذا للحلقة بالوجود في نمطين مختلفين مع حالات طاقة مختلفة قليلاً، يمثل أحدهما الفراغ الزائف والآخر الفراغ الحقيقي.

متعلق ب: قام الفيزيائيون بمحاكاة ثقب أسود في المختبر، ثم بدأ في التوهج

هذه الحلقة الفوضوية قليلاً سوف “تتحلل” نحو الحالة الأرضية المفضلة، بمعدل يعتمد على قوة الليزر الذي يكسر التماثل.

يتوافق هذا مع الآلية الأكثر قبولًا والتي يُعتقد أنها تؤدي إلى اضمحلال الفراغ الزائف – نواة الفقاعة الكمومية التي تحتوي على الفراغ الحقيقي. إن الظروف التي تجعل تكوين الفقاعة أسهل تزيد من احتمالية حدوث التحول.

لا تخبرنا التجربة بشكل مباشر بأي شيء جديد عن اضمحلال الفراغ الكاذب، لكنها تؤكد التنبؤات النظرية حول كيفية حدوث ذلك.

وهذا يعني أن نظام ذرات ريدبيرج الذي وضعه الفريق يمثل ملعبًا جديدًا لسبر التقاطع الجامح حيث تتصادم فيزياء الكم والنسبية.

وربما يخبرنا هذا أيضًا يومًا ما عن مدى حاجتنا للقلق بشأن الكون الذي نعرفه وهو يتحول فجأة إلى شيء آخر تمامًا.

تم نشر الورقة في رسائل المراجعة البدنية.