چطور جهان از هیچ به صورت ذاتا تصادفی بر اساس اصل عدم قطعیت به وجود آمده است؟

پرسش های بنیادی که حتما در طول زندگی بارها از خود پرسیده اید.

با داشتن توصیفی از جهان کوانتیده باید بتوانیم پرسشهایی در باره‌ی چگونگی به وجود آمدن جهان مطرح کنیم:

چرا جهان وجود دارد؟

چرا این همه ماده در جهان وجود دارد؟

کیهان شناسی کلاسیک نمی تواند توصیفی به دست دهد(یکی از دلایلش این است که وقتی ما در زمان به عقب میرویم به زمان خیلی کوچکی میرسیم که قوانین فیزیک کلاسیک، ابزار ما، و در کل "معنایی که ما از زمان و فضا میشناسیم" ناکارآمد میشود و جوابگو نیست) اما برخی مدل های فرضی مکانیک کوانتومی به چنین سؤالی پاسخ می دهند:

می توان نشان داد که در این مدل ها معادلات اجازه نمی دهند یک جهان خالی وجود داشته باشد.به بیان دیگر کیهان شناسی کوانتومی نه تنها جهان را با ماده توصیف می کند بلکه ایجاب می کند که جهان حتما باید دارای ماده باشد.

در این مدل ها فضای خالی به علت افت و خیز های میدان گرانشی ناپایدار است که باعث می شود گذاری خود به خود به عالم در حال انبساط و دارای ماده رخ دهد، به دلیل اصل عدم قطعیت هایزنبرگ.

ممکن است فکر کنید به وجود امدن ماده و انبساط آن به انرژی نیاز دارد، بنابراین اگر ماده از «فضای خالی» به وجود آمده باشد،پایستگی انرژی که یکی از اصول مسلم فیزیک است برهم خواهد خورد.

در حقیقت این همان سوالی است که ذهن فلاسفه را به خود مشغول داشته بود:چگونه از هیچ می توان چیزی به وجود آورد؟ ولی در واقع طی این فرآیند هیچگونه نقض پایستگی انرژی وجود ندارد.

نشان داده شده است که میدان گرانشی دارای انرژی منفی است(الکترون مقید به پروتون در حالتی با انرژی منفی وجود دارد،هر نیروی جاذبه ایی چنین خصوصیتی دارد و نیروی گرانش هم همیشه به صورت جاذبه عمل میکند) بنابراین می توان به موقعیتی رسید که انرژی گرانشی منفی با انرژی مثبت ماده و انبساط در تعادل باشد که در نتیجه انرژی کل از نظر ریاضیاتی صفر می شود.

معادلات کیهان شناسی کوانتومی نشان می دهد که عالم به علت افت و خیزهای کوانتومی به طور خود به خودی از خلاء‌کوانتومی به وجود آمده است.

ممکن است این پدیده کمی عجیب به نظر برسد مگر اینکه درک درستی از توصیف های مکانیک کوانتومی جهان داشته باشیم.

موضوع اینجاست که خلاء در نظریه‌ی کوانتوم همان «خالی بودن یا عدم و یا هیچی مطلق» نظریه ی کلاسیک نیست.

درواقع این ثابت شده است که هیچ هم یک چیزی است.

در این هیچی، که آن را هیچ کوانتومی مینامیم، ذرات به طور پیوسته از پایینترین سطح انرژی به وجود می ایند و نابود می شوند(دوباره به سطح انرژی تبدیل میشوند) و میدان ها نیز افت و خیز دارند. بر اثر یکی از این افت و خیز ها ی کوانتومی بر اساس اصل عدم قطعیت هایزنبزگ عالم شگفت انگیز ما بوجود آمد.(این همچنین این فرض را پیش میکشد که ممکن هست در هز لحظه جهانهایی به این صورت ایجاد میشوند و یا ادامه میدهند و یا دوباره به سطح پایه یعنی انرژی برمیگردند) ریاضیات، و معادلات و مدلهایی فرضی در مکانیک کوانتومی نشان می دهد که چنین حالتی می تواند به وجود جهانی منجر شود. قبلا گفته شد که مهبانگ یا همان بیگ بنگ لحظه ایی بود که در آن اندازه ی جهان نزدیک به صفر و چگالی ماده بینهایت بود. تقریبا به نظر می رسد گویی عالم در این لحظه به وجود شده است.

لحظه ایی که جهان دما و چگالی نامحدودی داشته باشد به نظر می رسد نامزد مناسبی برای برای «لحظه ی وجود» باشد. مطالبی که در اول این پست ذکر شد چنین معنی می دهد افت خیز های کوانتومی علت به وجود آمدن بیگ بنگ بوده است و پس از آن عالمی به این عظمت پا به عرصه ی وجود نهاد.

بنابراین:

Due to quantum uncertainty, energy fluctuations such as an electron and its anti-particle, a positron, can arise spontaneously out of vacuum space,

بر اساس عدم قطعیت کوانتومی ، افت و خیزها در خلا کوانتومی میتوانند خود به خودی سبب وجود ذراتی مانند الکترون و ضد ذره اش پوزیترون شوند.

but must disappear rapidly.

اما به سرعت ناپدید میشوند

The lower the energy of the bubble, the longer the duration it can exist.

هرچه قدر سطح انرژی این حباب ایجاد شده از خلا کمتر باشد بیشتر عمر میکند

A gravitational field has negative energy.

میدان گرانشی انرژی منفی دارد

Matter has positive energy.

ماده انرژی مثبت دارد

In that case, the universe has zero energy and can theoretically last forever.

در این حالت جهانی با مجموع انرژی صفر داریم که در تئوری میتواند تا ابد ادامه داشته باشد

یک رخداد ذاتا تصادفی(نه فقط تصادفی) بدون نقشه از پیش مشخص سبب وجود یک جهان شد ،جهانی از یک هیچ کوانتومی(خلا کوانتومی)

این یک مدل فرضی است و احتمالا بهترین مدل فرضی که داریم، که حاصل معادلات مکانیک‌ کوانتومی است البته شما میتوانید با کلمه خدا همه تحقیقات و علم را متوقف کنید و دانشمندان را به خانه بفرستید.

آغاز این مدل‌ها ۱۹۷۳ بود و در نیچر در آن زمان چاپ شد و امروز پیشروترین مدل فرضی ماست؛

Edward P. Tryon, "Is the Universe a Vacuum Fluctuation?", Nature, vol. 246, p.396–397, 1973

پس یکی از نتایج شگفت آور اصل عدم قطعیت ایجاد ماده از هیچ(هیچ کوانتومی) است. بر اساس اصل عدم قطعیت شما در آن واحد نمیتوانید انرژی یک نقطه از فضا را دقیقا صفر محاسبه کنید در یک هیچ کوانتومی ذرات ماده و ضد ماده ایجاد میشوند و سپس به انرژی تبدیل میشوند و ادامه ماجرا که نوشتیم.

پس وقتی میگویند جهان از هیچ به وجود آمده است باید گفت خلاء کاملا خالی نیست، بلکه مقدار بسیار کمی شکست تقارن وجود دارد که باعث غلبه ماده بر ضد ماده شده است.منشاء این شکست تقارن هنوز مشخص نیست.

➕ از هیچ ماده ساختند به صورت خود به خودی: ماده میتواند از هیچ پدید آید؛

➕خلا یا خالی (یا عدم یا نیستی/ فلسفی) چیست و چرا اینها انتزاعی هستند یا ریاضیاتی و وجود تجربی یا عینی ندارند؟ از افلاطون تا مکانیک کوانتومی

➕چرا چیزی به جای هیچ چیز وجود دارد؟ خدا یا یک رخداد طبیعی؟

➕هیچِ کوانتومی؛ چگونه 'فیزیکِ هیچ چیز' زیربنای همه چیز است

➕افت‌وخیز کوانتومی، دنیایی از هیچ یا عدم؟!

گردآوری سام آریامنش

کانال تلگرامی افق رویداد