چرا نمیتوان جعبهای را واقعاً خالی کرد؟ انرژی نقطهصفر چیست؟
انرژی نقطهصفر یا انرژی خلأ کوانتومی، باقیماندهای اجتنابناپذیر است که حتی در عمیقترین خلأ نیز وجود دارد و مانع از آن میشود که چیزی را واقعاً خالی بدانیم.
انرژی نقطهصفر: خلأی که همیشه چیزی در آن هست
انرژی نقطهصفر، که به آن انرژی زمین یا انرژی خلأ کوانتومی نیز گفته میشود، یکی از عجیبترین پدیدههای دنیای کوانتوم است. این انرژی، حتی در عمیقترین خلأهایی که بتوان تصور کرد، همچنان باقی میماند و مانع از آن میشود که بتوان جعبهای را بهطور کامل خالی کرد. این پدیده، که نخستین بار توسط ماکس پلانک در سال ۱۹۱۱ مطرح شد، نشان میدهد که حتی در صفر مطلق نیز ذرات همچنان دارای انرژی هستند.
در دنیای کلاسیک، تصور بر این بود که با رساندن دمای یک سیستم به صفر مطلق، تمام حرکت ذرات متوقف میشود. اما مکانیک کوانتومی این تصور را بهچالش میکشد. طبق اصل عدم قطعیت هایزنبرگ， نمیتوان همزمان موقعیت و مomentum یک ذره را با دقت نامحدود اندازهگیری کرد. این اصل، حتی در پایینترین سطح انرژی نیز برقرار است و باعث میشود ذرات همچنان دارای نوعی جنبش کوانتومی باشند.
- انرژی نقطهصفر در دو شکل اصلی ظاهر میشود: یکی مربوط به میدانها مانند میدان الکترومغناطیسی، و دیگری مربوط به ذرات گسسته مانند اتمها و مولکولها.
- حتی با رساندن دما به نزدیکی صفر مطلق، مولکولها همچنان دارای ارتعاشهای کوانتومی هستند که قابل حذف نیستند.
- این پدیده، توسط آلبرت اینشتین و دیگران برای توضیح ارتعاشات مولکولی و چرایی عدم انجماد هلیوم مایع در فشار معمولی استفاده شد.
در سال ۲۰۲۵، پژوهشگران در مرکز لیزر پرتوی ایکس اروپا در هامبورگ، مولکول یدوپیریدین را تقریباً به صفر مطلق رساندند و با تاباندن پالس لیزری، پیوندهای اتمی آن را شکستند. آنها دریافتند که حرکات اتمهای آزادشده همبسته بودند، که نشان میداد مولکول حتی در این دمای بسیار پایین نیز دارای ارتعاشات کوانتومی بوده است.
“نکته جالب درباره خلأ این است که هر میدان، و بنابراین هر ذرهای، بهنوعی در آن حضور دارد.” — پیتر میلوننی، نظریهپرداز دانشگاه روچستر
یکی از مشهورترین اثرات انرژی نقطهصفر در میدانها، نیروی کازیمیر است که توسط هندریک کازیمیر در سال ۱۹۴۸ پیشبینی شد. در این پدیده، دو صفحهی فلزی بدون بار الکتریکی، در فاصلهای بسیار نزدیک از یکدیگر، نیرویی جاذبهای را تجربه میکنند. این نیرو ناشی از تفاوت انرژی خلأ بین و خارج صفحات است.
اما جالبترین جنبه این ماجرا، پیامدهای گرانشی آن است. طبق گفته شان کارول، فیزیکدان دانشگاه جانز هاپکینز، “تمام اشکال انرژی گرانش ایجاد میکنند، از جمله انرژی خلأ، پس نمیتوان از آن چشمپوشی کرد.” با این حال، چرا این انرژی عظیم باعث انفجار جهان نشده، همچنان یک معمای حلنشده در فیزیک است.
در نهایت، انرژی نقطهصفر نه تنها مانعی برای خالیسازی مطلق، بلکه پنجرهای به عمق هستی است؛ جایی که “هیچ”، توانایی تبدیل شدن به “هر چیزی” را دارد.
