زوج ماده - ماده‌هاي خنثي عامل اصلي انرژي نوسان خلاء يا انرژي نقطه صفر هستند
زوج ماده - ماده‌هاي خنثي عامل اصلي انرژي نوسان خلاء يا انرژي نقطه صفر هستند
به استناد تعاريف فعلي / " بدون هيچگونه ميدان خارجی و با حذف تمامي اشعه‌ها ، باز هم انرژي نوسانات خلاء وجود دارد . در واقع فضا در پايين‌ترين نقطه پتانسيل خود ، داراي مقدار انرژي مخالف صفر است . انرژي نقطه صفر يا انرژي نوسان خلاء ، اصطلاحي است كه براي نوسانات تصادفي امواج الكترومغناطيسي در خلاء بكار برده ميشود و اين انرژي پس از حذف تمام انرژي‌هاي موجود در محيط ، باز هم مشاهده ميشود . مفهوم انرژي نقطه صفر نخستين بار توسط انيشتين و اوتو استرن در سال 1913 تحت عنوان « انرژي رسوبي » يا « انرژي مبهم صفر » مطرح شد . همه سيستم‌هاي كوانتومي داراي يك مقدار انرژي نقطه صفر هستند . اين اصطلاح عموما براي حالت‌هاي كوانتومي نوسانات هماهنگي بكار مي‌رود كه در آن نوسان كننده‌اي وجود ندارد . در كيهان شناختي نيز انرژي خلاء مبناي ثابت كيهان شناختي است . نمونه آزمايشي انرژي نقطه صفر مستقيما توسط اثر كاسيمير ( كازيمير ) در مقياس نانو مشاهده شد . يك روش براي توضيح اين پديده ، استفاده از اصل عدم قطعيت مكانيك كوانتومي است كه به موجب آن انرژي نمي‌تواند به طور مطلق صفر باشد . مسئله مهم ديگري ، فرايند توليد ذرات مجازي است كه نتيجه اصل عدم قطعيت است و طبق رابطه زير امكان پذير است :
ћ=h/2π , ∆E∆T≥ћ
كه طي آن خلاء ممكن است يك يا چند ذره با انرژي E∆ در مدت كوتاه T∆ توليد كند . بنابرين هرگونه تجزيه و تحليلي بايد بتواند توليد ذرات در خلاء حتي تابش هاوكينگ در يك ميدان قوي گرانشي ، نظير ميدان گرانشي سياه چاله‌ها را توجيه كند . "
گوردن كانه نظريه پرداز فيزيك ذرات بنيادي و استاد دانشگاه ميشيگان كه كارهاي او روي آزمايش و گسترش مدل استاندارد متمركز است ، ده سوال بي‌جواب فيزيك را منتشر كرده است . اولين سوال مطرح شده اين است كه همه نظريه‌هاي امروزي به طور ضمني بيان مي‌كنند كه جهان بايد حتي در خالي‌ترين مناطق خود شامل تراكم شديد انرژي باشد . اثرات گرانشي اين پديده كه آن را انرژي خلاء مي‌نامند ، يا مي‌بايست جهان را مدتها پيش درهم تنيده باشد يا باعث گسترش آن به مقداري بسيار بيش از اندازه كنوني شده باشد . مدل استاندارد نمي‌تواند براي فهميدن اين نكته كه مسئله ثابت كيهان‌شناسي ناميده ميشود ، كمكي كند !
اما موضوع بسيار مهم اين است كه ما بايد همواره اين نكته را به ياد داشته باشيم كه انرژي نقطه صفر داراي ماهيتي الكترومغناطيسي است ، بنابرين عنصر يا عامل توليد كننده اين انرژي نيز بايد از ويژگي‌هاي ميدانهاي الكترومغناطيسي برخوردار باشد ، يعني باردار باشد تا بتواند ويژگي‌هاي الكترومغناطيسي انرژي نقطه صفر را توجيه كند . و ما ميتوانيم از اثرات ( ميدانهاي ) گرانشي موجود در خلاء چشم پوشي كنيم . ولي همانطور كه ميدانيم دسترسي به مكاني بدون هيچگونه ميدان خارجي و با حذف تمامي اشعه‌ها ( صفر كلوین ) اگر غير ممكن نباشد كار بسيار سختي است ، براي اينكه اگر ما از هر مانعي استفاده كنيم ممكن است ميادين بر آن مانع القا شده و بعد خود همين مانع ، مولد ميدان شود و همچنين ممكن است اين مانع خود جاذب اشعه و سپس مولد و دافع اين اشعه شود ، ولي به هر حال ميتوان اينگونه فرض كنيم كه در هستي هيچ سكوني وجود ندارد ، به طور مثال اتمها و ملكولها با سرعتهاي بسيار بالا در حال نوسان هستند كه در جامدات دامنه اين نوسانات كم ولي در گازها اين دامنه نوسانات نسبتا زياد است و همواره اتمها و ملكولها با شدت با هم برخورد و تصادم دارند . در مورد خلاء و زوج ماده - ماده‌هاي خنثي هم اينگونه است ، در واقع زوج ماده - ماده‌هاي خنثي همواره در نوسان هستند و با هم برخورد دارند و اين برخوردها باعث بوجود آمدن تغيير در سرعت زاويه‌اي ( اسپين ) ذرات شده كه به نوبه خود مولد امواج الكترومغناطيس است . در پاره‌اي از موارد ممكن است پيوندها در بازه زماني بسيار كوتاهي گسسته و مجددا برقرار شوند و همچنين بسيار محتمل است كه تصادم مابين زوج الكترون - الكترونها و زوج پروتون - پروتونها رخ دهد كه در لحظه برخورد علي‌رغم توليد و انتشار امواج الكترومغناطيس ، چنانچه برخوردها شديد باشد شاهد پديدار شده اتمهاي هيدروژن و يا پاد هيدروژن و .... باشيم ، آشكار شدن ذرات و پاد ذرات نيز بسيار محتمل و توجيه پذير است كه در نوع خود بسيار شگفت انگيز خواهد بود ( يعني آفرينش ذرات و اتم يا زايش آنها از خلاء ) ، ولي به طور كلي برخورد و تصادم زوج ماده - ماده‌هاي خنثي انرژي‌زا است و آنهم از نوع الكترومغناطيسي و اين پديده در همه جا عملي و ممكن است حتي درون اطاق يا خانه‌اي كه درون آن هستيم . پيوند مجدد ذرات با دريافت انرژي از محيط يا خلاء همراه است كه اين فرايند دماي خلاء را متعادل نگه مي‌دارد . اما موضوع مهم اين است كه ما نمي‌توانيم ميدان الكتريكي را مستقل از ميدان مغناطيسي در نظر بگيريم و برعكس كه در مورد ماده و انرژي براي ما در اين عالم فيزيكي آفريده شده هم اين چنين است ، يعني هر جا انرژي باشد بايد به دنبال ماده یا جرم ( يعني منبع توليد و انتشار آن ) باشيم و هر جا ماده یا جرم باشد بايد به دنبال توليد و انتشار انرژي بود ، تصور اين دو به تنهايي و انفرادي براي ما غير ممكن به‌نظر مي‌رسد . زوج ماده - ماده‌هاي خنثي مي‌توانند حجم و جرم بسيار عظيمي از كيهان را تشكيل داده باشند كه نه تنها قابل مشاهده و احساس نيستند بلكه انرژي بسيار عظيمي را درون خود محبوس و به دام انداخته‌اند . به طور خلاصه اگر زوج ماده - ماده‌هاي خنثي در آزمايشگاه شناسايي شوند ما در علم فيزيك نياز به يك خانه تكاني بزرگ خواهيم داشت البته اگر بتوانيم از نظريات قبلي دست بكشيم و نگرش جديدي نسبت به آزمونها داشته باشيم كه در نهايت مفاهيم علم فيزيك عصر ما دگرگون خواهند شد . اگر ما انرژي نسبتا زيادي را در نقطه‌اي از فضا ( خلاء ) متمركز و يا تشديد كنيم به نحوي كه موفق به گسستن پيوند مابين زوج ماده - ماده‌هاي خنثي شويم ، بعد از انحراف و جداسازي آنها خواهيم توانست با شتاب دهنده‌ها اين ذرات را در آشكارسازها مشاهده كنيم .
به طور خلاصه همانطور كه در مبحث ( وارونگي ميادين الكتريكي ، توجيهي جديد براي توليد زوج ماده - پاد ماده . بر خلاف انتظار ما ، ماده - پاد ماده يكديگر را نابود نمي‌كنند ) توضيح داده شد الكترونها و ساير ذرات باردار ساكن نيستند و حول محور فرضي خود با سرعت چرخشي بسيار بالايي در حال دوران هستند كه به اين دوران آنها اسپين گفته ميشود . اگر دوران الكترون را موافق چرخش عقربه‌هاي ساعت فرض كنيم و آن را از بالا بنگريم مشاهده ميشود كه :
امتداد خطوط ميدان از مركز الكترون يا ميدان الكتريكي ، خارج و حول مركز به صورت دوايري تو در تو و پيوسته در مي‌آيد كه ميتوانيم آن را يك ميدان الكتريكي بسته و تا بينهايت در نظر بگيريم ، براي اينكه اين ميدان دايره‌اي شكل هيچ آغاز و پاياني ندارد . همانطور كه ميدانيم ، هرگاه ميدان الكتريكي در فضا برقرار شود ، ميدان مغناطيسي عمود بر امتداد آن پديدار خواهد شد و برعكس آن نيز صادق است كه به مجموعه اين دو ميدان در فضا ، ميدان الكترومغناطيس گفته ميشود .
در شكل فوق نماي الكترون ( سطح دايره‌اي قرمز رنگ ) از پهلو و در حال دوران حول محور عمودي نشان داده شده است ، به گونه‌اي كه اگر از بالا به آن بنگريم جهت چرخش آن موافق جهت چرخش عقربه‌هاي ساعت خواهد بود . خطوط افقي سياه رنگ ، ميادين الكتريكي و فلش قرمز رنگ جهت ميدان الكتريكي از روبرو را نشان ميدهد كه در اين صورت جهت فلشهاي آبي رنگ ، جهت ميدان مغناطيسي تشكيل شده را نشان ميدهد . با توجه به دو قطبي بودن الكترون و ذرات باردار ديگر ، آنها ميتواند تشكيل زوج ماده - ماده دهند يعني شكل زير :
يك زوج ماده - ماده خنثي يا يك سيستم دوتايي با ميدان الكترومغناطيسي بسته را ميتوان چنين فرض كرد .
همانطور كه در شكل فوق مشخص است ميادين الكتريكي و مغناطيسي ( الكترومغناطيسي ) به صورت بسته در آمده و زوج در خارج از ميادين خنثي بنظر رسيده و غير قابل شناسايي است . تنها زماني كه اين زوج‌ها با هم تصادم و تماس حاصل كنند امواج الكترومغناطيس توليد و منتشر خواهد شد كه ما چنين استنباط خواهيم كرد كه اين انرژي و نوسان آن مربوط به خلاء است كه در واقع چنين نيست .
اين انرژي الكترومغناطيسي كه به نام انرژي نوسان خلاء يا انرژي نقطه صفر شناخته شده است مربوط به تصادم زوج ماده - ماده‌هاي خنثي ميشود . البته همانطور كه ميدانيم طول موج اين امواج الكترومغناطيسی خيلي بيشتر از قطر ذرات باردار است حتي قطر خود اتمها و طول موج اين امواج تابع سرعت زاويه‌اي ذرات باردار ميباشد ، موضوعي است كه در مبحث توليد و انتشار امواج الكترومغناطيس به آن خواهيم پرداخت .
اینك سعی می كنیم نیروی حاصل از اثر كازيمير مابین دو آینه ( صفحه فلزی تخت ) موازی را توجیه كنیم :
همانطور كه می دانیم این نیرو در فواصل خیلی كم ( در فواصل میكرو و نانو متری ) آشكار میشود . با توجه به شكل زیر دلیل این پدیده میتواند این باشد كه :
جدا شدن زوج ذرات از یكدیگر خیلی سریع و در فواصل بسیار كوتاهی انجام می پذیرد و در هنگام جدایی زوج ، دو بار الكتریكی مثبت و منفی پدیدار میشود كه آینه ها همانند دو صفحه یك خازن عمل كرده و ذرات باردار موقتا روی آنها مستقر شده و در زمان بازگشت به جانب یكدیگر جهت تشكیل زوج ذره جدید ، صفحات را به طرف یكدیگر می كشانند و این نیروی كشش تا یك اتمسفر ( یك كیلوگرم یا 10 نیوتن بر سانتی متر مربع ) اندازه گیری شده است ، یعنی شكل زیر :
جالب اینجاست كه دورتر از فواصل میكرونی این نیرو مشهود نیست و دلیل آن میتواند این باشد كه اكثر زوج ذرات در هنگام گسسته شدن پیوند ، بیشتر از این فاصله از همدیگر دور نمیشوند .
محاسبه سرعت تصادم زوج الكترون - الكترونها با یكدیگر :
E انرژی جنبشی كه میبایست معادل كمترین انرژی لازم برای تولید زوج الكترون - پوزیترون باشد ، m جرم كه جرم دو زوج الكترون ( چهار الكترون ) در تصادم شاخ به شاخ در نظر گرفته میشود و v سرعت الكترونها میباشد و از دیدگاه مكانیك كلاسیك سرعت تصادم میبایست معادل سرعت نور باشد كه با در نظر گرفتن قوانین نسبیت و فیزیك كوانتوم با توجه به افزایش جرم و انرژی ذرات در سرعتهای بالا ، سرعت تصادم مسلما كمتر از سرعت نور خواهد بود .
محمدرضا طباطبايي 15/10/86
