Mbi pamundësinë e ekzistencës së asgjësë

Don Lincoln^*

Çfarë është asgjëja? Kjo pyetje i ka munduar filozofët që në Greqinë e lashtë, ku ata debatonin për natyrën e zbrazëtirës. E njëjta pyetje i ka shtyrë edhe shkencëtarët drejt studimeve të ndryshme.

Çfarë ndodh nëse nga një enë heqim të gjithë ajrin, duke krijuar një vakum ideal, plotësisht pa materie? Heqja e materies nënkupton që energjia do të mbetet. Në të njëjtën mënyrë që energjia nga Dielli mund të kalojë në Tokë përmes hapësirës së zbrazët, nxehtësia nga jashtë enës do të rrezatojë në enë. Kështu, ena nuk mund të themi se do të jetë bosh.

Megjithatë, cfarë ndodh nëse enën e ftohim deri në temperaturën më të ulët të mundshme (zero absolute), në mënyrë të tillë që të mos rrezatojë fare energji? Për më tepër, nëse enën e izolojmë në mënyrë që asnjë energji ose rrezatim i jashtëm të mos depërtojë në të. Atëherë ena nuk do të kishte absolutisht asgjë brenda, apo jo?

Këtu gjërat bëhen kundërintuitive.

Natyra e "asgjësë"

Ligjet e mekanikës kuantike janë konfuze, dukemarrë parasysh se grimcat janë njëkohësisht edhe valë. Megjithatë, një nga parimet më konfuze nga të gjitha parimet kuantike quhet Parimi i Pasigurisë së Heisenberg, sipas të cilit nuk mund të matësh në të njëjtën kohë në mënyrë të përsosur vendndodhjen dhe lëvizjen e një grimce subatomike. Por, parimi thotë gjithashtu se nuk mund të matësh energjinë e asgjëje në mënyrë të përsosur dhe se sa më e shkurtër të jetë koha e matjes, aq më e pasaktë është matja. E marrë në ekstrem, nëse përpiqesh të bësh një matje në një kohë afër zeros, matja do të jetë pafundësisht e pasaktë.

Këto parime kuantike kanë pasoja marramendëse për këdo që përpiqet të kuptojë natyrën e asgjësë. Për shembull, nëse përpiqeni të matni sasinë e energjisë në një vend - edhe nëse ajo energji supozohet të jetë asgjë – sërish nuk mund të kesh zeron absolute. Ndonjëherë, kur bën matjen, zeroja e pritur rezulton të jetë jo zero. Dhe ky nuk është vetëm një problem matjeje; është një tipar i realitetit. Për periudha të shkurtra kohore, zero nuk është gjithmonë zero.

Kur kombinon këtë fakt të çuditshëm (që energjia e pritur zero mund të jetë jo zero, nëse shqyrton një periudhë mjaft të shkurtër kohore) me ekuacionin e famshëm të Ajnshtajnit E = mc2, ka një pasojë edhe më të çuditshme. Ekuacioni i Ajnshtajnit thotë se energjia është materie dhe anasjelltas. E kombinuar me teorinë kuantike, kjo do të thotë se në një vend që supozohet se është krejtësisht bosh dhe pa energji, hapësira mund të luhatet për një kohë të shkurtër në energji jo zero - dhe se energjia e përkohshme mund të bëjë grimca materie (dhe antimaterie)

Shkuma kuantike

Kështu, në nivelin e vogël kuantik, hapësira boshe nuk është bosh. Është në fakt një vend i gjallë, me grimca të vogla subatomike që shfaqen dhe zhduken. Kjo pamje dhe zhdukje ka njëfarë ngjashmërie sipërfaqësore me sjelljen e shkumës mbi birrën e sapohedhur në gotë, me flluska që shfaqen dhe zhduken – dhe që këtu rrjedh termi "shkumë kuantike".

Shkuma kuantike nuk është vetëm teorike. Është mjaft reale. Një demonstrim i kësaj është kur studiuesit matin vetitë magnetike të grimcave subatomike si elektronet. Nëse shkuma kuantike nuk është reale, elektronet duhet të jenë magnete me një forcë të caktuar. Megjithatë, kur bëhen matjet, rezulton se forca magnetike e elektroneve është pak më e lartë (rreth 0.1%). Kur merret parasysh efekti i shkumës kuantike, teoria dhe matja përputhen në mënyrë të përkryer - deri në dymbëdhjetë shifra pas presjes.

Një tjetër demonstrim të shkumës kuantike e shohim te Efekti Casimir, i emërtuar sipas fizikanit holandez Hendrik Casimir. Efekti shpjegohet kështu: Merrni dy pllaka metalike dhe vendosini ato shumë pranë njëra-tjetrës në një vakum të përsosur, të ndara nga një fraksion milimetri. Nëse ideja e shkumës kuantike është e saktë, atëherë vakuumi që rrethon pllakat është i mbushur me një turmë të padukshme grimcash subatomike që vezullojnë brenda dhe jashtë ekzistencës.

Këto grimca kanë një sërë energjish, me më shumë gjasa që energjia është shumë e vogël, por herë pas here shfaqen energji më të larta. Këtu hyjnë në lojë efektet kuantike më të njohura, sepse teoria klasike kuantike thotë se grimcat janë edhe grimca edhe valë. Dhe valët kanë gjatësi vale.

Jashtë hendekut të vogël, të gjitha valët mund të përshtaten pa kufizime. Megjithatë, brenda hendekut, mund të ekzistojnë vetëm valë që janë më të shkurtra se hendeku. Valët e gjata thjesht nuk mund të përshtaten. Kështu, jashtë hendekut, ka valë të të gjitha gjatësive valore, ndërsa brenda hendekut ka vetëm gjatësi vale të shkurtra. Kjo në thelb do të thotë se ka më shumë lloje grimcash jashtë sesa brenda, dhe efekti është se ka një presion neto nga brenda. Kështu, nëse shkuma kuantike është reale, pllakat do të shtyhen.

Shkencëtarët bënë disa matje të efektit Casimir, megjithatë vetëm në vitin 2001 efekti u demonstrua përfundimisht duke përdorur gjeometrinë e përshkruar më sipër. Presioni për shkak të shkumës kuantike bën që pllakat të lëvizin. Shkuma kuantike është reale. Asgjëja është diçka në fund të fundit.

^*Dr. Don Lincoln është një shkencëtar veteran në Fermilab, laboratori kryesor i fizikës së grimcave në Amerikë. Ai është bashkëautor në mbi 1500 punime shkencore dhe ka qenë pjesë e ekipeve që zbuluan kuarkun në 1995 dhe bozonin Higgs në 2012.

/ Big Think /