انرژی کمیتی است که همیشه باید مثبت باشد؛ حداقل این چیزی است که شهود ما می‌گوید. اگر تک تک ذرات یک حجم معین را حذف کنیم تا زمانی که دیگر هیچ ذره‌‌ی حامل انرژی باقی نماند، آیا به یک حد رسیده‌ایم؟ آیا ممکن است بتوانیم از فضای خالی، انرژی استخراج کنیم؟ یعنی انرژی منفی وجود دارد؟ دانشمندان در پژوهش تازه‌ای به بررسی این سوالات جالب و بحث‌برانگیز پرداخته‌اند. با دیپ لوک همراه باشید…
فیزیک کوانتوم بارها و بارها نشان داده که با شهود ما تناقض دارد، چیزی که در مورد این مقاله نیز صادق است. انرژی منفی تحت شرایط خاصی، حداقل در محدوده‌ی خاصی از فضا و زمان می‌تواند وجود داشته باشد. اکنون گروهی از دانشمندان بررسی کرده‌اند که وجود انرژی منفی تا چه حد امکان‌پذیر است. معلوم شده که فرقی نمی‌کند کدامیک از نظریه‌های کوانتوم در نظر گرفته شود، یا چه تقارن‌هایی برای جهان فرض گردد، همیشه حدهای معینی برای قرض گرفتن انرژی وجود دارد. انرژی می‌تواند به صورت محلی، منفی باشد، اما مانند پولی که از بانک وام گرفته می‌شود، این انرژی نیز نهایتا باید دوباره پرداخت شود. محققان می‌گویند:
در نظریه‌ی نسبیت عام، ما معمولا فرض می‌کنیم که انرژی، در همه‌ی زمان‌ها و در همه جای جهان، بزرگتر از صفر است.
این فرض یک نتیجه‌ی بسیار مهم برای گرانش دارد: انرژی از طریق فرمول E=mc۲ با جرم رابطه دارد. بنابراین انرژی منفی، به معنی جرم منفی نیز هست. جرم‌های مثبت یکدیگر را جذب می‌کنند، اما در مورد یک جرم منفی، گرانش می‌تواند ناگهان یک نیروی دافعه‌ای شود. با این وجود، نظریه‌ی کوانتوم اجازه‌ی وجود انرژی منفی را می‌دهد. محققان می‌گویند:
نظریه کوانتومی، انرژی منفی را مجاز می‌داند. طبق نظریه‌ی کوانتوم، گرفتن انرژی از یک محیط خلا در یک مکان معین، مانند گرفتن پول از بانک امکان‌پذیر است. مدت‌ها بود که در مورد بیشترین مقدار این نوع انرژی و میزان بازپرداخت (و بهره‌ی) آن چیزی نمی‌دانستیم. فرضیه‌های متنوعی راجع به این بهره‌ی کوانتومی (Quantum Interest) منتشر شده، اما روی هیچ نتیجه‌ی جامعی توافق نشده است.
چیزی که شرط انرژی تهی کوانتومی (quantum null energy condition) یا به اختصار QNEC نامیده می‌شود و در سال ۲۰۱۷ اثبات شده، با ارتباط دادن نظریه‌ی نسبیت و فیزیک کوانتومی، حدهای معینی را برای وام گرفتن انرژی به اینصورت تجویز می‌کند: یک انرژی با مقدار کوچکتر از صفر مجاز است، اما در یک محدوده‌ی معین و فقط برای مدت زمان معینی. مقدار انرژی‌ای که قبل از فرارسیدن حد موردنظر می‌توان از خلا گرفت، به یک کمیت کوانتومی بستگی دارد. این کمیت، انتروپی درهم تنیدگی (entanglement entropy) نامیده می‌شود. محققان می‌گویند:
به معنای مشخص، انتروپی درهم تنیدگی، اندازه‌ای از میزان قدرت کنترل رفتار سیستم توسط فیزیک کوانتومی است. اگر درهم تنیدگی کوانتومی، در برخی نقاط فضا (مانند محل‌هایی نزدیک لبه‌ی سیاه چاله‌ها)، نقشی حیاتی بازی کند، بنابراین یک جریان انرژی منفی می‌تواند برای مدت زمان معینی رخ دهد و انرژی های منفی در آن ناحیه ممکن شوند. تمام ملاحظات قبلی، همیشه به نظریه‌های کوانتومی اشاره داشته‌اند که از تقارن‌های نسبیت خاص پیروی می‌کنند، ولی ما اکنون می‌توانیم نشان دهیم این ارتباط بین انرژی منفی و درهم تنیدگی کوانتومی، یک پدیده‌ی بسیار عمومی‌تر است.
شرایطی که بطور مشخص مانع از استخراج مقدار بی‌نهایت انرژی از یک محیط خلا می‌شود، صرف نظر از تقارن‌ها، برای نظریه‌های کوانتومی مختلف، معتبر است. البته این امر، هیچ ارتباطی با ماشین‌هایی (over unity machines) که گفته می‌شود از هیچ چیز، انرژی بدست می‌آورند، ندارد. محققان می‌گویند:
این حقیقت که طبیعت اجازه می‌دهد انرژی کوچکتر از صفر نیز در یک مکان و مدت زمان معین وجود داشته باشد، به این معنی نیست که قانون پایستگی انرژی را نقض می‌کند. برای آنکه انرژی منفی در یک مکان مشخص بتواند جریان یابد، باید یک جریان انرژی مثبت جبران‌کننده در مجاورت آن وجود داشته باشد.
حتی اگر ماده پیچیده‌تر از چیزی که قبلا تصور می‌شد باشد، انرژی نمی‌تواند از هیچ چیز بدست آید، حتی با وجود آنکه بتواند منفی شود. نتایج تحقیقات جدید، اکنون قیدهای محکمی را بر روی انرژی منفی قرار می‌دهد و در نتیجه، انرژی منفی را با ویژگی‌های اصلی مکانیک کوانتومی مرتبط می‌سازد.
گفتگو۲ دیدگاه
لطفا منابع این مقاله رو ذکر کنید!
ممنون
روی قسمت «اطلاعات بیشتر» کلیک کنید!