ما المقصود بالفراغ الكمي

الطاقة هي الكمية التي يجب أن تكون دائمًا موجبة، إذ أنه على الأقل ما يخبره الحدس البشري، وإذا تمت إزالة كل جسيم من حجم معين حتى لا يتبقى شيء يمكن أن يحمل طاقة، فهذا يعني أنه تم الوصول إلى الحد الأقصى؛ ففي دراسة الفراغ الكمي يتبين إذا كان من الممكن انتاج الطاقة أو استرجاعها من حالة الفراغ.

الفراغ الكمي

في نظرية المجال الكمومي تعتبر حالة الفراغ الكمومي وتسمى أيضًا الفراغ الكمومي أو حالة الفراغ، وهي الحالة الكمومية بأقل طاقة ممكنة، وبشكل عام لا يحتوي على جزيئات فيزيائية، وتستخدم كلمة حقل النقطة الصفرية أحيانًا كمرادف لحالة الفراغ للحقل الكمي الذي يكون فرديًا تمامًا.

وفقًا للفهم الحالي لما يسمى بحالة الفراغ أو الفراغ الكمومي، فإنه “ليس بأي حال مساحة فارغة بسيطة’’؛ ووفقًا لميكانيكا الكم، فإن حالة الفراغ ليست فارغة حقًا ولكنها تحتوي بدلاً من ذلك على موجات كهرومغناطيسية عابرة وجسيمات تنبثق داخل وخارج المجال الكمومي.

بالتحقيق في مدى إمكانية الطاقة السلبية؛ اتضح أنه بغض النظر عن النظريات الكمومية التي يتم النظر فيها وبغض النظر عن المتناظرات التي يُفترض أنها تحمل في الكون؛ هناك دائمًا حدود معينة لـ “استعارة” الطاقة؛ ومحليا؛ يمكن أن تكون الطاقة أقل من الصفر وهي مثل الأموال المقترضة من البنك، يجب “إعادة” هذه لأموال.

علاقة الجاذبية بالفراغ الكمومي

تسمى الجاذبية المرتبطة بالفراغ الكمومي ’’الجاذبية البغيضة’’؛ حيث قال البروفيسور دانيال من معهد الفيزياء النظرية؛ “في نظرية النسبية العامة، نفترض عادةً أن الطاقة أكبر من الصفر، في جميع الأوقات وفي كل مكان في الكون”.

وهذا له نتائج مهمة جدًا للجاذبية؛ إذ أن الطاقة المتعلقة بالكتلة من خلال صيغة  قانون الطاقة E = mc²؛ وبالتالي فإن الطاقة السالبة تعني أيضًا كتلة سالبة تعمل على جذب الكتل الإيجابية بعضها البعض، لكن مع الكتلة السالبة، يمكن أن تصبح الجاذبية عبارة عن قوة دافعة.

ومع ذلك، تسمح نظرية الكم بالطاقة السلبية، ووفقًا لفيزياء الكم، من الممكن اقتراض الطاقة من فراغ في مكان معين، مثل المال من أحد البنوك، ولفترة طويلة، لم يتم الحديث الآن عن الحد الأقصى لمبلغ هذا النوع من ائتمان الطاقة وبشأن معدلات الفائدة المحتملة التي يجب دفعها، وهناك افتراضات مختلفة حول هذه الفائدة المعروفة في الأدبيات باسم الفائدة الكمية.

إن ما يسمى بـ حالة الطاقة الصفرية الكمية (QNEC)، تفرض حدودًا معينة لـاستعارة الطاقة من خلال العلاقة بين نظرية النسبية والفيزياء الكمومية؛ وبالتالي يُسمح باستخدام طاقة أصغر من الصفر ولكن فقط في نطاق معين ولفترة معينة فقط؛ ويعتمد مقدار الطاقة التي يمكن استعارتها من الفراغ قبل استنفاد حد الائتمان النشط على كمية فيزيائية كمية وهذا ما يسمى إنتروبيا التشابك.

إنتروبيا التشابك في الفراغ الكمي

يقول العالم دانيال أن إنتروبيا التشابك عبارة عن مقياسًا يبين قوة تحكم فيزياء الكم في سلوك نظام ما؛ وإذا كان التشابك الكمومي مهما في نقطة ما في الفضاء، على سبيل المثال بجانب من حافة ثقب أسود، فيمكن أن يعمل على تدفق طاقة سالب لفترة معينة، وتكون الطاقات السلبية ممكنة في تلك المنطقة.

أصبح العالم دانيال يستطيع تعميم هذه الحسابات الخاصة مع  العلماء ماكس وبلواستي، حيث أكمل ماكس أطروحته في المجموعة البحثية لدانيال في (TU Wien) ويعمل الآن كباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، وكان العالم بلواستي من معهد IIT في (الهند) ضيفًا في معهد (Erwin Schrödinger) وفي (TU Wien).

ويقول العالم دانيال لقد أشارت جميع الاعتبارات السابقة دائمًا إلى نظريات الكم التي تأتي مع تناظرات النسبية الخاصة، لكن تم التمكن الآن من إظهار أن هذه الرابطة بين الطاقة السلبية والتشابك الكمومي هي ظاهرة أكثر عمومية.

تعتبر شروط الطاقة التي تحظر بوضوح استخراج كميات لا حصر لها من الطاقة من الفراغ صالحة لنظريات كم مختلفة للغاية، بغض النظر عن المتناظرات.

علاقة الفراغ الكمي بقانون الحفاظ على الطاقة

هنا لا يمكن التفوه بقانون الحفظ على الطاقة؛ وهذا لا علاقة له بـ “الآلات فوق الوحدة” التي يُزعم أنها تولد الطاقة من لا شيء، كما يتم تقديمها مرارًا وتكرارًا في الدوائر الباطنية، وحقيقة أن الطبيعة تسمح بطاقة أقل من الصفر لفترة معينة من الوقت في مكان معين لا يعني أن قانون الحفاظ على الطاقة قد انتهك.

حيث يؤكد العالم دانيال أنه من أجل تمكين تدفق الطاقة السلبية في موقع معين، يجب أن يكون هناك تدفقات طاقة إيجابية تعويضية في الجوار المباشر، وحتى لو كان الأمر أكثر تعقيدًا إلى حد ما مما كان يعتقد سابقًا، فلا يمكن الحصول على الطاقة من لا شيء؛ على الرغم من أنها يمكن أن تصبح سلبية؛ وتضع نتائج البحث الجديدة الآن قيودًا مشددة على الطاقة السالبة، وبالتالي ربطها بالخصائص الأساسية لميكانيكا الكم.

 الفراغ الكمي في الفضاء

على الرغم من عدم وجود فوتونات في الفراغ الكمومي لا تزال هناك مجالات كهرومغناطيسية متذبذبة؛ ومع ذلك تتقلب الحقول حول قيمة توقع تبلغ صفر، وبالإضافة إلى ذلك، فإن طاقة حالة الفراغ الكمومي متباينة غير محدودة إذا افترضت عدم ارتباطها بترددات الفراغ، لكن هذا عادةً ما يتم اقتطاعه لأسباب مختلفة.