آیا خلاء خالی از همه چیز است؟

به گزارش سیتنا، سفر مدرن به خلاء، در قرن هفدهم با آزمایشی پر زرق و برق که توسط اتو فون گریکه (Otto von Guericke)، شهردار شهر ماگدبورگ در امپراتوری مقدس روم طراحی شده بود، آغاز شد.

اتو فون گریکه به عنوان بخشی از یک شیرین‌کاری سیاسی برای نشان دادن اینکه شهرش پس از ویرانی‌های یک جنگ ۳۰ ساله احیا شده است، نمایشی برای امپراتور و دیگر افراد برجسته برگزار کرد تا پمپ خلاء تازه اختراع شده خود را به رخ بکشد.

اتو با کنار هم قرار دادن دو نیمکره در کنار هم و خارج کردن تمام هوای بین آن‌ها، نشان داد که حتی یک گروه از اسب‌ها نمی‌توانند نیمکره‌ها را از هم جدا کنند.

برخلاف تفکری که هزار سال در اروپا براساس نظریه ارسطو مبنی بر این که «طبیعت از خلاء بیزار است»، وجود داشت، فون گوریکه نشان داد که خلاء امکان پذیر است.

در دهه‌های پس از نمایش فون گوریکه، فیلسوفان و دانشمندان به این فکر افتادند که آیا ممکن است گستره وسیع فضا با نوعی ماده به نام اِتِر پر شود که دو هدف را دنبال می‌کند: یکی از آنها جلوگیری از شکل‌گیری خلاء واقعی و دیگری وسیله‌ای برای انتشار امواج نور بود.

با این حال، در اواخر دهه ۱۸۰۰، دو فیزیکدان در کلیولند با نام‌های آلبرت مایکلسون(Albert Michelson) و ادوارد مورلی(Edward Morley)، آزمایشی هوشمندانه برای اندازه‌گیری تغییرات سرعت نور هنگام حرکت زمین از طریق اِتِر ابداع کردند. هیچ تغییری شناسایی نشد و کمی بعد، اینشتین نشان داد که سرعت نور همیشه ثابت است و بنابراین دانشمندان در نهایت از مفهوم اِتِر دور شدند و امکان وجود خلاء واقعی مطرح شد.

دورتر از زمین، موارد زیادی در فضا شناور هستند. ذرات باردار که از جایی به جای دیگر می‌روند، اتم‌های هیدروژن سرگردان، تکه‌هایی از غبار که در حال خود هستند. حتی اگر چگالی فضای بین ستاره‌ای میلیاردها بار کمتر از خالی‌ترین محفظه‌های خلاء ساخت بشر باشد، باز هم ۱۰۰ درصد خالی نیستند.

برای رسیدن به خالی‌ترین مکان‌های جهان، باید به خلاءهای کیهانی سفر کنید، مناطق وسیعی از نیستی که بر حجم کیهان غالب هستند. در اعماق بزرگترین حفره‌ها، شما می‌توانید صدها میلیون سال نوری از نزدیک‌ترین کهکشان فاصله داشته باشید. هسته‌های حفره‌ها آنقدر خالی هستند که حتی ماده تاریک که شکل مرموز و نامرئی ماده است و بخش عمده‌ای از هر کهکشان را تشکیل می‌دهد نیز حضور ندارد.

اما با این وجود، فضا واقعا خالی نخواهد بود. در کل کیهان، ذرات سبک وزن و خنثی به نام نوترینو و همچنین تشعشعات باقی مانده از روزهای اولیه کیهان وجود دارد. این تشعشع که به عنوان تابش زمینه کیهانی(CMB) شناخته می‌شود، مسئول بیش از ۹۹.۹۹ درصد از کل تشعشعات موجود در جهان است و فرار از آن غیرممکن است. بنابراین، حتی در تاریک‌ترین فضاهای خالی، شما کاملا تنها نخواهید بود.

بنابراین فرض کنیم بتوانیم یک جعبه غول پیکر و به اندازه کافی ضخیم بسازیم تا نوترینوها و تابش‌های زمینه کیهانی را مسدود کند و ما در داخل آن قرار بگیریم. از نظر فنی، دیواره‌های جعبه، فوتون‌های خود را ساطع می‌کند، اما اجازه دهید آن را برای این آزمایش خیالی در نظر نگیریم. آیا در آن زمان تنها خواهید بود؟

فیزیک کوانتومی پاسخی شگفت‌انگیز ارائه می‌کند: خیر. فیزیکدانان کشف کرده‌اند که میدان‌های کوانتومی تمام فضا و زمان را در بر می‌گیرند و این میدان‌های کوانتومی ذرات زندگی روزمره را به وجود می‌آورند.

اما وقتی میدان‌های کوانتومی به تنهایی رها می‌شوند، انرژی ذاتی دارند که به عنوان انرژی خلاء شناخته می‌شود. این انرژی در سراسر جهان هستی وجود دارد.

حتی اگر هیچ ذره‌ای در اطراف خود نداشته باشید، همچنان این انرژی را دارید تا در تنهایی همراه شما باشد.

پس چه می‌شود اگر وسیله‌ای بسازید تا انرژی خلاء را از بین ببرد؟ اگرچه از نظر فنی غیرممکن است، اما اجازه دهید به آزمایش خیالی ادامه دهیم. آیا در نهایت، واقعا در جهان تنها خواهید بود و به صورت ایده‌آل کاملا توسط «نیستی» احاطه شده‌اید؟

پاسخ به این سوال چنین است که: بستگی دارد.

شما هنوز یک جرم در فضا خواهید بود و برخی به خود فضا می‌نگرند که وجود دارد. ما دوست داریم فضا را فقط یک انتزاع ریاضی بدانیم، راهی برای اندازه‌گیری مکان و وسعت. اما مفهوم فضا با کار رنه دکارت، نابغه قرن هفدهمی که پایه‌ای ریاضی برای توصیف فضا ابداع کرد، شروع به مشخص‌تر شدن کرد.

اسحاق نیوتن مفهوم فضا را ارتقا داد تا به عنوان پس زمینه مطلق برای حرکت اجسام و قوانین فیزیکی حاکم بر رفتار آنها عمل کند. به طور خلاصه این فیزیک مدرن است: اجسام در پس زمینه فضا حرکت می‌کنند و با یکدیگر تعامل دارند. فضایی که فرض می‌شود وجود دارد.

اینشتین با نسبیت عام این موضوع را یک گام جلوتر برد، جایی که فضا از یک صحنه پس‌زمینه به یک بازیگر اصلی ارتقا یافت. موجودی پویا و انعطاف‌پذیر که به حضور ماده پاسخ می‌دهد و حرکت آن ماده را هدایت می‌کند. این خود فضا و به ویژه دینامیک آن است که نیروی گرانش را به وجود می‌آورد.

بنابراین آیا فضا فقط یک انتزاع ریاضی است، ابزاری که ما برای توصیف رابطه بین اشیاء فیزیکی از آن استفاده می‌کنیم، یا چیزی بیشتر از آن است؟ در اینجا یک باور جالب وجود دارد: در مورد امواج گرانشی چطور؟ امواج گرانشی برای حرکت نیازی به حضور ماده یا انرژی ندارند. آنها صرفا به صورت امواج در خود فضا-زمان وجود دارند. بنابراین اگر فضا فقط یک ابزار ریاضی است، پس چگونه امواج می‌توانند به تنهایی وجود داشته باشند؟

هیچ پاسخ محکمی برای این سؤال وجود ندارد که آیا نیستی واقعی می‌تواند وجود داشته باشد یا خیر. ممکن است مفهوم فضا فقط یک ترفند ریاضی باشد و به خودی خود وجود نداشته باشد. یا ممکن است پاسخ این باشد که مهم نیست کجا بروید، همیشه جایی در فضا هستید، بنابراین همیشه توسط چیزی احاطه خواهید شد.

انتهای پیام