نبسانات کوانتومی و نقض قانون پایستگی انرژی

در این مقاله که توسط سیدمحمد ظهوریان پردل برای مجموعه نواندیشان ارسال شده است به نقض قانون پایستگی انرژی و بیان مفهوم نبسانات کوانتومی می پردازد.

قانون پایستگی انرژی، قانونی نسبتا ساده و کاملا عقلانی است که در طبیعت بدون هیچ مشکلی دنیا را هدایت می کنند. ولی این قانون نقص نشدنی نیست.

انرژی چیست؟

انرژی برخلاف ماده یا کار تعریفی نسبتا سخت دارد، ساده ترین شکل تعریف انرژی در فیزیک، انرژی به صورت توانایی انجام کار، یا توانایی به حرکت در آوردن و یا ایجاد تغییر در ماده تعریف می شود. در واقع، مقدار انرژی هر چیز، اشاره به ظرفیت آن برای انجام کاری دارد.

هر چیزی که در اطراف ما اتفاق می افتد، از انرژی ناشی می شود. از پنجره به بیرون نگاه کنید. در طول روز خورشید از خود نور و انرژی گرمایی تولید می کند. در طول شب لامپ های خیابان از انرژی الکتریکی استفاده می کنند تا راه را برای ما روشن کنند.

انرژی دارای چند ویژگی مهم است؛ نخست، انرژی همیشه “حفظ” می شود به این معنی که نه ایجاد می شود و نه از بین می رود. با این حال، بین اشیاء یا سیستمها، توسط فعل و انفعالات نیروها، منتقل می شود.

که به این ویژگی قانون پایستگی انرژی می گوییم . به عنوان مثال، انرژی در سبزیجات به افرادی که آن را هضم میکنند منتقل می شود. ویژگی دیگر انرژی این است که در اشکال گوناگون وجود دارد و می تواند از شکلی به شکل دیگر منتقل شود. دو شکل رایج تر و عمومی تر آن، انرژی جنبشی و انرژی پتانسیل است. به بیانی دیگر به بیان دیگر، مقدار انرژی همواره ثابت است. ولی ممکن است انرژی از نوعی به نوع دیگر و یا از صورتی به صورت دیگر تبدیل شود.

هم ارزی جرم و انرژی

در طول تاریخ علم، ماده همیشه ماده بوده و انرژی، انرژی. این دو مفاهیمی بدون ارتباط بودند. اینشتین، با کشف معادله‌ای تاریخی رابطه‌ای میان ماده و انرژی بر قرار کرد E=mc². انرژی برابر است با جرم × سرعت به توان ۲. اولین معادله مشهور، معادله فیثاغورث برای مثلث قائم‌الزاویه بود. (A²= B² + C²)

معادله اینشتین برای نخستین بار رابطه کمی میان ماده و انرژی برقرار کرد. معنایش این بود که این دو مفهوم که همیشه جدا از هم انگاشته می‌شدند قابل تبدیل به یکدیگرند. یعنی ماده به انرژی تبدیل می‌شود و بالعکس.

اگر کمی در مورد مفهوم مشهور ترین فرمول جهان فکر کنیم به این نتیجه خواهیم رسید که (فرض کنید قانون پایستگی انرژی وجود ندارد و می توانیم قسمتی از انرژی یا جرم را از بین ببریم) اگر قسمتی از جرم جهان را کم کنیم به صورت غیر مستقیم قسمتی از انرژی جهان را هم کم کرده ایم.

حال می خواهم دو دلیل برای نقص این قانون بیاورم (پایستگی جرم)

مه بانگ (نظریه انفجار بزرگ)

نظریه مهبانگ در حال حاضر( در طول پنجاه سال گذشته) بهترین مدل برای توصیف منشاء کیهان است. طبق شواهد چون انبساط کیهانی و تابش زمینه کیهانی، می توان از این نظریه به عنوان نظریه بسیار قوی نام برد. اگر این نظریه درست باشد(که احتمال زیادی هم دارد) حتی اگر فرض کنیم که انرژی با مهبانگ بوجود نیامده است، ماده با مهبانگ بوجود امده و طبق هم ارزی جرم و انرژی می توان گفت که انرژی بوجود امده است.

البته این فرض هم ممکن است پیش بیاید که انرژی و جرم بالاخره از یک جایی باید شروع بشوند بنابراین می توانیم این دو قانون را (قانون پایستگی انرژی و قانون پایستگی جرم) این گونه اصلاح کنیم که جرم و انرژی بعد از بیگ بنگ پایسته هستند و بقا دارند.

نبسانات کوانتومی

البته که در قسمت اول و دلیل اول (مهبانگ) این دو قانون تنها اصلاح شدند و هنوز نقص نشده اند. برای شناخت نبسانات کوانتومی باید در مورد چیزی بدانیم که همه از آن ساخته شده ایم.

اتم ها به صورت باورنکردنی کوچک هستند. و کوچک بودن این ذره به اینجا تموم نمی شود، اتم خود از پروتن، نترون و الکترون درست شده است (درسته که پروتن و نترون خود از ذرات کوچک تری درست شده اند ولی موضوع بحث ما نیست) حدود 9999999999999999999999999999999999/99 (اعشار غیر قابل محاسبه) تشکیل شده. این یعنی بر خلاف انتظار ما کل جهان و بدن ما از فضای خالی تشکیل شده است، البته این فضا (فضای بین هسته تا الکترون) کاملا خالی هم نیست. چیزی که ما به عنوان فضای خالی نام می بریم در واقع از نبسانات کوانتومی پر شده است.

نبسانات کوانتومی، میدان هایی با انرژی پنهانی که مدام به صورت خود به خود بوجود می آیند و از بین می روند این نوسانات بین تعامل بین ذرات باردارد اثرات زیادی دارند که البته توضیح این موضوع به یک مقاله جداگانه نیاز دارد.

ما می دانیم که طبق قانون پایستگی انرژی نباید بوجود بیاید یا از بین برود، ولی ما به وضوح شاهد این پدیده هستیم و چون طبق توضیحات داده شده انرژی با ماده رابطه مستقیم دارد در واقع هر دو قانون نقص می شوند. البته این موضوع هم ممکن است پیش بیاید که این انرژی در دنیا نقشی ندارد و تنها بوجود و از بین می رود.

منابع

تحلیل نگارنده
https://article.tebyan.net/111987/
https://www.beytoote.com/scientific/midanid/what1-energy1.html
کتاب نجوم در چند دقیقه اثر جالیز اسپارو
https://www.1pezeshk.com/archives/2018/06/%D9%81%D8%B1%D9%85%D9%88%D9%84-emc2.html
vido.al/d/2111

ارسال کننده: سیدمحمد ظهوریان پردل

ادامه مطلب