اضمحلال الفراغ الزائف

إذا لم يكن الفضاء الفارغ في أدنى طاقة له، فقد تنمو فقاعة من الفراغ الحقيقي بسرعة الضوء: ماذا يعني ذلك، وكيف يمكن أن يبدأ، ولماذا لا يشكّل خطرًا

فرضية: تسمح بها الفيزياء على الورق، لكن لم يرها أحد قط. كل ما يُعرض يتبع النظرية كما هي اليوم.

شاهدها بثلاثية الأبعاد

خطوة بخطوة

الفضاء الفارغ ليس فارغًا

تكتسب الجسيمات كتلتها من مدى قوة إحساسها بهذه القيمة. الإلكترون يحس بها ضعيفًا فهو خفيف؛ والكوارك القمي يحس بها أكثر من الجميع ويزن تقريبًا بقدر ذرة ذهب. غيّر القيمة فتتغير معها كل الكتل، ومع الكتل تتغير أحجام الذرات والكيمياء بأكملها.

بوزون هيغز، الذي اكتُشف في سيرن عام 2012، هو تموّج في هذا الحقل. الوميض البنفسجي مرسوم: الحقل نفسه لا يمكن رؤيته وكان سيبدو متماثلًا في كل مكان.

كرة في حفرة

تخيّل طاقة الحقل تضاريسَ، وفراغنا كرةً مستقرة في حفرة. إذا كان وراء التل وادٍ أعمق، ففراغنا فراغ زائف: مستقر، لكنه ليس الأدنى.

الكرة في الحفرة مستقرة أمام الدفعات الصغيرة: ادفعها قليلًا فتتدحرج عائدة. لكن إذا كانت الأرض وراء التل تنخفض أكثر، فالحفرة شبه مستقرة فقط، مثل الماء فائق التبريد الذي يبقى سائلًا تحت نقطة التجمد حتى يبدأ شيء ما تكوّن الجليد. يسمي الفيزيائيون هذه الحالة فراغًا زائفًا، والوادي الأدنى فراغًا حقيقيًا.

كتلتان مقيستان

بيّن ديغراسي وزملاؤه ذلك عام 2012، وهو العام الذي اكتُشف فيه بوزون هيغز، والأعمال اللاحقة تتفق معه. الكتل هي متوسطات مجموعة بيانات الجسيمات (Particle Data Group) لقياسات ATLAS وCMS وتيفاترون. إنها تقع قرب الحد، وهو ما يعدّه بعض الفيزيائيين دليلًا في حد ذاته؛ فكوارك قمي أثقل بكثير كان سيجعل الفراغ يضمحل قبل زمننا بكثير.

الأمر ليس مؤكدًا. من الصعب ربط كتلة الكوارك القمي بالرقم الذي تحتاجه النظرية، كما أن شدة القوة الشديدة تضيف شكًا. حسب أندرياسن وفروست وشفارتز عام 2018 أن استبعاد الفراغ المستقر بشكل قاطع يتطلب معرفة كتلة الكوارك القمي بدقة 250 ميغا إلكترون فولت.

كيف يمكن أن يبدأ

تسمح الفيزياء الكمومية للأشياء بعبور حواجز لا تستطيع تسلقها، كما يفلت جسيم ألفا من النواة. وبالنسبة للفراغ يعني ذلك أن منطقة صغيرة قد تقفز إلى الوادي الأدنى دون أي سبب على الإطلاق. الفقاعة الصغيرة جدًا تنكمش وتختفي من جديد؛ أما التي تتجاوز الحجم الحرج بقليل فتكسب من داخلها طاقة أكثر مما يكلفه جدارها، فتنمو.

هذا الرقم لا يصح إلا إذا كان النموذج القياسي هو القصة كاملة حتى طاقات هائلة. فجسيمات مجهولة قد تجعل الفراغ مستقرًا، أو تقصّر عمره. وتساءل بعض المنظّرين هل يمكن لثقوب سوداء صغيرة جدًا أن تُطلق فقاعات (بوردا وغريغوري وموس، 2015)، وهي فكرة لا دليل عليها ولا ضدها.

بلا إنذار

بمجرد أن تصبح الفقاعة كبيرة بما يكفي لتنمو، تدفع الطاقةُ المتحررة مع هبوط الفراغ إلى مستوى أدنى جدارَها أسرع فأسرع، وفي زمن ضئيل جدًا يتحرك عمليًا بسرعة الضوء. من الخارج تنمو الفقاعة سنةً ضوئية كل سنة: تعبر درب التبانة البالغ 100 ألف سنة ضوئية في نحو 100 ألف سنة.

الضوء الصادر عند ولادة الفقاعة يسير أمام جدارها بقليل فقط، لذا لا يوجد ما يُرى حتى يصل الجدار. تُظهر الصورة الفقاعة من الخارج كما لا تستطيع أي عين: في الواقع ستظل النجوم أمامها تتألق دون أي اضطراب حتى لحظة وصول الجدار. وسيعبر الإنسان في بضعة أجزاء من مليار من الثانية، أسرع بكثير مما يستطيع أي عصب أن ينقل إشارة، فلن يشعر به أحد.

داخل الفقاعة

في الداخل ستكون لحقل هيغز قيمة أكبر بكثير، وستتغير معها كتل الجسيمات والقوى بينها. ولن تستطيع الذرات، ومن ثم الكيمياء والحياة، أن توجد هناك.

كل جسيم يكتسب كتلته من حقل هيغز سيكون أثقل بقدر هائل داخل الفقاعة، وسيضيع توازن القوى الذي يمسك الذرات معًا. ولا يُعرف كيف ستبدو القوانين هناك بالتفصيل: فلا يمكن الوثوق بالنموذج القياسي عند قيم كهذه للحقل. الواضح أن المادة التي نتكون منها لن تنجو من الجدار.

والجاذبية تزيد الأمر سوءًا. فالفراغ الحقيقي أدنى من فراغنا الذي طاقته تساوي الصفر تقريبًا تمامًا، لذا ستكون طاقته تحت الصفر، وقد بيّن كولمان ودي لوتشيا عام 1980 أن الفضاء داخل فقاعة كهذه سينهار عندئذ على نفسه. اللون البنفسجي الداكن في الداخل مرسوم: لا أحد يعرف كيف سيبدو، إن كان سيبدو على هيئة ما أصلًا.

هل يستطيع مصادم أن يطلقها؟

لا. الأشعة الكونية تضرب القمر والكواكب والنجوم بطاقة أكبر بكثير مما يستطيع أي مصادم بلوغه، وتفعل ذلك منذ مليارات السنين. والفراغ لا يزال هنا.

طرح بيت هات ومارتن ريس هذه الحجة عام 1983: لو كانت التصادمات بمثل هذه الطاقات قادرة على إطلاق فقاعة، لتكوّنت واحدة منذ زمن بعيد في مكان ما من ماضينا، ولما كنا هنا. وتوصلت مراجعة سلامة مصادم الهادرونات الكبير عام 2008 إلى الجواب نفسه. المصادمات تعيد في المختبر ما تفعله الطبيعة بعنف أكبر بكثير كل يوم.

هل هو حقيقي؟

لا أحد يعرف. قد يكون فراغنا هو الأدنى في النهاية: فالجواب معلّق بالكتلة الدقيقة للكوارك القمي وبالفيزياء التي تتجاوز النموذج القياسي، والتي نعرف أنها لا بد موجودة.

يُغفل النموذج القياسي المادة المظلمة والجاذبية عند أعلى الطاقات وأمورًا أخرى كثيرة. وقد تغيّر جسيمات جديدة عند الطاقات العالية شكل طاقة حقل هيغز، فتجعل فراغنا مستقرًا أو أقل استقرارًا. وستضيّق قياسات أدق للكوارك القمي، في مصادم الهادرونات الكبير والمصادمات المستقبلية، نطاق الجواب.