الفراغ الكمي ؛ هل الفراغ فعلًا فارغ؟

الفراغ في الفيزياء هو مفهوم يشير إلى المنطقة التي تفتقر الى المادة ، ويمكن وصف الفراغ على انه المنطقة الخالية تماما من المادة والذرات على الرغم من ان الفراغ يبدو فارغاً بالنسبة لنا الا انه يحمل مفاهيم معقدة في العلوم الفيزيائية 

وهناك نوعان من الفراغ في الفيزياء 

١- الفراغ الكلاسيكي 

وهو مانظنه فراغ بينما يحمل فيه حقول متعلق بالمجالات الفيزيائية مثل الجاذبية والكهرومغناطيسية ، هذه الحقول تكون موجودة في الفراغ الكلاسيكي ويمكن ان تنتقل عبره .

٢- الفراغ الكمومي 

حسب ميكانيكا الكم ، كل مجال في الطبيعة (مثل المجال الكهرومغناطيسي) لا يمكن ان يكون صفر في تمامًا حتى في الفراغ ، بدلًا من السكون تكون هناك اهتزازات صغيرة تسمى اهتزازات النقطة الصفرية (zero-point fluctuations) هذه الاهتزازات تعني ان الفراغ فيه طاقة تسمى طاقة الفراغ (Vacuum Energy) 

في الفراغ الكمومي الجسيمات تظهر وتختفي في شكل مؤقت يسمونها جسيمات افتراضية (Virtual Particles) 

ومعني افتراضية هنا انها ليست حقيقية لكنها جسيمات تظهر في الحسابات والمعادلات لأنها تؤثر على العالم الحقيقي 

هنا يأتي دور مبدأ عدم اليقين لهايزنبرغ (Heisenberg Uncertainty Principle) 

عندما يربط بين الطاقة والزمن 

هذا المبدأ يقول أن إذا كان الزمن قصير جدًا نستطيع إفتراض طاقة من اللاشيء وتظهر جسيمات مؤقتة بشرط ان تختفي بسرعة مجددًا 

ببساطة الفراغ الكمي حسب ميكانيكا الكم المكان لا يكون ساكن او فارغ تمامًا 

الميكانيكا الكمومية تقول ان الفراغ بحد ذاته عبارة عن حالة نشطة مليئة بالطاقة والتقلبات وكما قلنا سابقًا هذه التقلبات تكوّن لحظات قصيرة جدًا تظهر فيها جسيمات افتراضية 

لذا حتى وإن لم نرى شيء ، هناك نشاط مستمر في الفراغ وتأثيره موجود ويمكن قياسه 

يمكن قياس الفراغ الكمومي عن طريق عدة تجارب وظواهر 

و اهم ثلاث طرق يتخدمها العلماء لقياس او ملاحظة النشاط في الفراغ الكمومي 

١. تأثير كاسيمير(Casimir effect) 

وهو احد اشهر الأدلة التجريبية على وجود نشاط في الفراغ الكمومي 

عند وضع لوحيين معدنيين متوازيين لبعضهما البعض وتم الفصل بينهما بمسافة صغيرة جدًا -جزء من المايكرومتر- ستتم ملاحظة وجود قوة تجذبهما نحو بعضهما البعض بدون أي تدخل خارجي 

ويكمن السبب هنا بأن الاهتزازات الكمومية خارج اللوحين تكون مختلفة عن التي بينهم ولأن عدد الإهتزازات خارج اللوحين أكبر من عدد التي بين اللوحين ينتج فرق طفيف في الضغط في هذه الحال تتكون قوة تدفع اللوحين نحو بعضهما البعض 

٢. الإزاحة في طيف الهيدروجين (Lamb shift)

عندما درسوا العلماء طيف ذرة الهيدروجين بدقة شديدة لاحظوا اختلاف بسيط جدًا في مستويات الطاقة عن المتوقع نظريًا ، هذا الفرق الصغير نتج عن تفاعل الإلكترون مع الجسيمات الإفتراضية في الفراغ حوله 

٣. الإلكترون وكتلته وشحنته الفعالة 

الإلكترون محاط بغيمة من الجسيمات الإفتراضية تظهر وتختفي حوله بسبب اهتزازات الفراغ وعندما يتم قياس الكتلة او الشحنة بدقة لاحظ العلماء أن القيم تتأثر بسبب هذا النشاط الخفي

نهايةً ، في هذا المقال اتضح لنا أن الفراغ ليس فراغًا كما كنا نظن وابعد ما يكون عن السكون او الخلو من الوجود ، وأنه مساحة نشطة بالإهتزازات التي لا نراها بأعيننا لكنها تترك بصمة في عالمنا المادي.