"بسم الله الرحمن الرحيم" 

اثر كازيمير و انرژي نقطه ي صفر ((ZPE  

ابتدا توضيح جامعي در مورد اثر كازيمير (Casimir Effect) مي دهيم.

اين اثر شامل نيرويي مي شود كه نه مي توان آن را اثر بار و نه گرانش و رد و بدل كردن ذرات بين دو جسم دانست.

آزمايشات كازيمير نشان مي داد كه اين نيرو مربوط به تشديد (Resonance) ميادين انرژي در ميان فضاي دو جسم مي باشد.

از آنجاييكه اعمال اين نيرو داراي اثبات رياضي است محققان اين نيرو را به ذراتي مجازي در فضاي بين دو جرم نسبت دادند. اما با اين وجود مشكلات زيادي در آزمايش ها بود. براي مثال محققان تا به حال متوجه نشده اند چرا اين نيرو در بين دو جرم تنها هنگامي اعمال مي شود كه دو جرم بسيار به هم نزديك هستند!

اين نيرو در ذرات بسيار كوچك ميكروني رسانا نيروي غالب به شمار مي رود زيرا در اين شرايط نيروي بار بين ذرات بسيار كم خواهد بود. اين مورد در آزمايش كازيمير در سال 1948 به طور واضح ديده شد. اما سوال ديگري بعد از آن بوجود آمد كه چرا اين اثر تنها در خلا نمايان مي شود؟

سال 1948 هندريك كازيمير (Hendrik B.G. Casimir) فيزيكدان هلندي در آزمايشگاه فيليپس (Philips) دو صفحه ي فلزي بدون بار را در خلا موازي يكديگر قرار داد. نيروي مشاهده شده در اين آزمايش (بين دو صفحه) تقريبا 15 درصد آن چيزي بود كه او در معادلات خود پيش بيني مي كرد!

بعد از اين آزمايش دانشمندان نيز دريافتند اين نيرو همان نيرويي است كه در بين اتم هاي بدون بار وجود دارد. نيرويي كه آن را واندروالس (Van Der Waals) ناميده بودند.

"آزمايش كازيمير: نيروي بوجود آمده از قرار دادن دو صفحه ي موازي بدون بار در خلا"

خود كازيمير دليل اين موضوع را متوجه نشد كه چرا اين صفحات تنها در خلا بين خود نيرو رد و بدل مي كنند ولي آن را به مقداري به نام ارزش انتظاري (فرضي) خلا مرتبط كرد و بيان نمود از آنجا كه مكان هاي ديگر اين ارزش را ندارند پس در آنجا چنين واكنشي صورت نخواهد گرفت.

براي مثال اين مقدار در مكانيك هگز – بوزون 26 گيگا الكترون ولت مي باشد.

بعد از اين فرضيه به سرعت فرضيه ي ديگري با نام انرژي نقطه ي صفر (ZPE) يا انرژي خلا بيان شد. دانشمندان در صدد بودند تا از مشاهداتي كه داشته اند دريابند كه آيا انرژي و اثرات خلا داراي يك ثابت است و جز نيروهاي اوليه محسوب مي شود يا نه؟

از آنجاييكه اگر اين ذرات خلا وجود داشتند داراي جرم نبودند پس فرض كردند كه اين انرژي بايد كوچكترين انرژي امكان پذير در يك سيستم مكانيك كوانتومي باشد.

فرض بعدي از اين قرار بود كه هر سيستم كوانتومي خود داراي يك مقدار داراي نظم از اين انرژي باشد. يعني بين اين مقادير در سيستم هاي مختلف نظم و رابطه اي رياضي برقرار باشد.

حال هرجا اين مقدار انرژي به مقدار هميلتونين (Hamiltonian) برسد به آن ارزش انتظاري خلا يا انرژي خلا مي گويند.

اعتقاد تئوري VMR-PCR بر اين است كه Casimir Effect و van der Waals force هر دو در تلاش بوده اند تا نيرو (يا انرژي اي) را پيدا كنند كه جز عوامل شناخته شده نباشد.

اين عامل همان خلا مي باشد كه طبق مدل مكانيك VMR-PCR از لحاظ نيرو يا انرژي طبقه بندي مي شود.

اين عامل بين دو بازه ي نيرو و انرژي قرار دارد. سرعتي كه اين عامل تماما از نيرو مي باشد را در مدل صفر فرض كرده ايم و در سرعت مربع نور عامل كاملا انرژي مي شود. اما به طور معمول و در اثر گرانش كه برآيند نيروي اين عامل و دافعه ي ماده است مقدار نيرو در اثرات اين عامل جذري از مقدار انرژي در آن است. (مقادير بازه ي بالا و پايين براي حد خلا تعريف نمي شوند. زيرا خلا در سرعت تقريبي ثابتي دفع و ايجاد گرانش مي كند).

و همانطور كه در مقاله ي "نيروي خلا و گرانش" گفتيم جرم قبل از اينكه به انرژي تبديل شود طبق فرمول هم ارزي و ثابت مرتبط به نيرو تبديل مي شود.

در واقع VMR-PCR بيان مي كند كه هرجسم شتاب دار از يك ذره ي مشخص تشكيل نشده و خود از سه عامل جرم – نيرو و انرژي به نسبت سرعتش ايجاد شده كه نام آن را عامل ناشناخته يا U agent (Unknown Agent) انتخاب كرده است.

اما تفاوتي كه اين تئوري با فرضيه هاي قبلي دارد در اين مي باشد كه اين نظريه مفهوم جديدي از خلا و ذرات آن را تعريف مي كند. اثر كازيمير همراه با بيان چندي از اثرات خلا ذرات آن را داراي اسپين و انرژي و قطبيدگي و غيره مي نامد. در صورتيكه VMR-PCR آن ذرات را به صورت ضد ماده با خواص محدود و و جدا از خواص مادي بيان مي كند.

با همه ي اين تفاسير بزرگترين سوال فيزيك در سال 2006 اين بوده است كه چرا اين مقدار انرژي نقطه ي صفر اشباع نمي شود و باعث يك مقدار كيهاني بزرگ نمي گردد؟

جواب VMR-PCR ساده است: به خاطر اينكه گرانش را ايجاد مي كند و مطلقا از انرژي نيست.

اما قبل از اينكه بيشتر وارد تشريح امر شويم بهتر است انرژي نقطه ي صفر (ZPE) را كمي بيشتر توضيح دهيم.

همانطور كه به صورت خلاصه بيان كرديم انرژي نقطه ي صفر (ZPE) كمترين مقدار انرژي اي است كه يك سيستم مكانيك كوانتومي مي تواند داشته باشد.

هر سيستمي مقدار انرژي نقطه ي صفر مخصوص به خود را دارد اما پايين ترين مقدار آن را به خلا نسبت مي دهند.

انرژي نقطه ي صفر خلا به صورت واضحي از اثر كازيمير نتيجه مي شود و محققان احتمال مي دهند راز ثابت كيهاني در اين مورد نهفته باشد.

همچنان كه گفتيم مقدار انرژي نقطه ي صفر در اثر كازيمير خود مرتبط به ارزش انتظاري خلا و مقدار هميلتونين است.

اين مقدار توضيح تا اينجاي كار كافي است.

گفتيم كه دانشمندان همواره از خود مي پرسند چرا انرژي نقطه ي صفر اگر منشايي مانند خلا دارد چرا در دنيا اشباع نمي شود.

همانطور كه در بخش معرفي خوانديد VMR-PCR گرانش را برآيند نيروهاي دافعه ي خلا و ماده مي داند. اينگونه مشاهده مي كنيد كه نيروي ايجاد شده از اين اثر همان گرانش است. بنابراين دليلي براي اشباع شدن نيست.

دليل دوم اين است كه طبق مدل مكانيك VMR-PCR دفع خلا در سرعت نور انجام مي شود و در اين سرعت عامل را تماما نمي توان به انرژي مرتبط كرد. به مقدار جذري از انرژي كل در عامل نيز جرم وجود دارد و طبق فرمول هم ارزي به همين نسبت نيز همواره نيرو در عامل ايجاد مي شود.  

تا قبل از اين هرگونه اثري را تنها به انرژي خلا مرتبط مي ساختند زيرا اين موارد حتي براي يك جرم تنها در خلا نيز اتفاق مي افتاد!

هنوز هم براي فيزيكدانان اين يك مسئله است كه چطور خلايي را كه خالي تصور مي كنيم چنين اثراتي دارد؟ اين اثرات را بايد به كدام ذره نسبت داد؟ يك ذره ي مجازي؟

اگرچه دانشمندان در سالهاي اخير به خصوص 1980 سعي داشتند گرانش را به انرژي ربط دهند و اين امر را نيز توجيه كنند اما با مشاهده ي رفتارهاي دنيا فرض آنها با شكست مواجه شد.

در حال حاضر نيز 3 چيز در كيهان شناسي وجود دارد كه كاملا مرتبط به هم هستند اما هرسه بدون پاسخ باقي مانده اند: ثابت كيهاني – انرژي خلا و انرژي نقطه ي صفر!

 حال با VMR-PCR مي دانيم كه اين اثر با آنكه مرتبط به خلا است اما نبايد كاملا آن را به انرژي نسبت داد.

همچنين ماده اي در اين امر دخيل نيست و اين تنها كنش ميان خلا (ضدماده) و ماده است.