ربما تكمن الوسيلة لتحقيق فهم أفضل لطبيعة الكون في ذلك الجزء من العالم المادي الذي ظل مهملا على نطاق كبير في نظرية الكم حتى الآن. تخبرنا ميكانيكا الكم بالكثير عن جسيمات المادة، لكنها لا تخبرنا إلا بالقليل للغاية أو لا تخبرنا بأي شيء على الإطلاق عن الفضاء الخالي.

شكل 3: تبادل زوج من بوزونات W بين نيوترينو ونيوترون كافي ليتطلب تصحيحا لا نهائيا للحسابات، مقارنة بتبادل بوزون مفرد

بالرغم من ذلك، فمثلما علّق إدنجتون منذ أكثر من 50 عاما في (ذا نيتشر أوف ذا فيزيكال وورلد)، بأنَّ الثورة التي كونت صورتنا عن المادة الجامدة بصفتها فضاءً خاليًا في معظمه، جوهرية بدرجة أكبر من الثورة التي جاءت بها نظرية النسبية. فحتى جسم جامد مثل مكتبي، أو هذا الكتاب، يكاد يكون بأكمله فراغا خاليًا. إنَّ نسبة المادة إلى الفضاء أقل حتى من النسبة بين حبة رمل وبين قاعة ألبرت هول. والشيء الوحيد الذي يبدو أن نظرية الكم تخبرنا به عن هذا الجزء المهمل الذي يمثل 99.99999 من الكون، هو أنه دوامة من الجسيمات الافتراضية تموج بالنشاط. ومن سوء الحظ أن المعادلات الكمية التي تؤدي إلى حلول لا نهائية في الكهروديناميكيا الكمية تخبرنا هي نفسها أيضًا أن كثافة طاقة الفراغ لا نهائية وأنه لا بد من تطبيق إعادة التطبيع حتى على الفضاء الخالي وعند الجمع بين معادلات الكم القياسية ومعادلات النسبية العامة في محاولة للوصول إلى وصف أفضل للواقع فإن الموقف يصبح أسوأ؛ إذ نظل نجد اللانهائيات، لكنها لا تعود حتى قابلة لإعادة التطبيع. من الواضح أننا نسعى وراء هدف خاطئ. فما الهدف الذي ينبغي أن نسعى خلفه؟

عاد روجر بنروز الباحث في جامعة أوكسفورد، إلى الأساسيات في محاولة لإحراز تقدم. وقد درس العديد من الطرق المختلفة لرسم وصفٍ هندسي للفراغ وجسيماته، مثل أوصاف هندسية تتضمَّن زمكانًا مشوَّها، وقطعًا مبرومة من الزمكان نرصدها على أنها جسيمات. ولأسباب واضحة، يُطلق على النظرية التي أسسها نظرية المبرومات، لكن من سوء الحظ أنَّ الرياضيات المتعلقة بالنظرية صعبة على معظم الناس، والنظرية نفسها أبعد عن أن تكون مكتملة. غير أنَّ المفهوم في حد ذاته مهم؛ فباستخدام نظرية واحدة، يحاول بنروز تفسير كلٌّ من الجسيمات الدقيقة والمساحات الشاسعة من الفراغ داخل شيء جامد مثل هذا الكتاب وربما تكون هذه هي النظرية الخطأ، لكن معالجتنا لصميم مشكلة مشكلة أُهملت بشكل كبير، يسلّط الضوء على أحد الأسباب المحتملة لفشل النظرية القياسية.

ثمة طرق أخرى لتصور تشوهات الزمكان على المستوى الكمي. فمن خلال الربط بين ثابت الجاذبية وثابت بلانك وسرعة الضوء الثوابت الأساسية الثلاثة في الفيزياء يمكن أن نحصل على وحدة طول أساسية فريدة يمكن اعتبارها وحدةَ كَم من الطول تمثل أصغر منطقة في الفراغ يمكن وصفها على نحو مُجدٍ. وهذه الوحدة صغيرة جدا بالطبع؛ حوالي 10^-35 متر وتسمى طول بلانك. وبالطريقة نفسها، فإنَّ التلاعب بالثوابت الأساسية بطريقة مختلفة يقودنا إلى ناتج واحد فحسب هو وحدة زمن أساسية: زمن بلانك الذي يبلغ حوالي 10^-43 ثانية. ⁽²⁾ الحق أننا لا نستطيع الحديث عن زمن أقصر من ذلك على نحو ذي مغزى، ولا عن أي بُعدِ من الفضاء أصغر من طول بلانك.

 إنَّ التقلبات الكمية في هندسة الفراغ ضئيلة تمامًا على مستوى الذرات، أو حتى على مستوى الجسيمات الأولية، لكن عند هذا المستوى الأساسي للغاية، يمكن تخيل الفضاء نفسه على أنه رغوة من التقلبات الكمية، ويرسم جون ويلر الذي طور هذه الفكرة تشبيها بالمحيط الذي يبدو مسطحًا بالنسبة إلى ملاحٍ جوي يطير عاليًا فوقه، لكنه لا يبدو كذلك إطلاقًا لركاب على قارب نجاة يتخبط بهم على سطح المحيط العاصف الدائم التغير. فعلى المستوى الكمي، ربما يتسم الزمكان نفسه بدرجة كبيرة من التعقيد الطوبولوجي؛ فيحتوي على ثقوب دودية» و«جسور» تربط بين مناطق مختلفة من الزمكان؛ ومن الممكن أيضًا وفقًا لإحدى تنويعات هذه الفكرة، أن يكون الفراغ الخالي عبارة عن ثقوب سوداء في حجم طول بلانك مرصوصة بإحكام بعضها بجانب بعض هذه الأفكار كلّها مبهمة وغير كافية ومحيّرة. وليس لدينا إجابات جوهرية حتى الآن، لكن لا ضرر في إدراك أن «فهمنا» للفضاء الخالي مشوَّش في واقع الأمر وغير مؤكد ومبهم وغير كافٍ. وإنه لأمر يوسع من مداركنا أن نفكّر مليا في أن كل الجسيمات المادية قد لا تكون أكثر من أجزاء مبرومة من الفضاء الخالي. وإذا كانت النظريات التي «نفهمها» تتداعى، فمن المحتمل إذن أن يأتي التقدم من أشياء لا نفهمها بعد؛ لذا فقد يكون من المثير للاهتمام أن نراقب ما قد يأتي به مهندسو الكم في السنوات القليلة القادمة.

هوامش

(2) If you really want to know, the Planck length is given by the square root of Gh/c³ and the Planck time is the square root of Gℏ/c⁵.

مواضيع ذات صلة

ميكانيكا الكم الخاصة بالروابط

ما الفائدة؟

إعادة النظر في اللامحلية

عوالم متعدّدة

هل نغيّر الفيزياء؟

الاحتمالات والقياسات

مبرهنة بيل وضرورة اللامحلية

الترابط والتشابك

الحالات الكمية والتراكب الكمي

التداخل والقياس

ألغاز الكم

Equipartition and the quantum oscillator