اتضح أن كمية الطاقة الموجودة في الفضاء الخالي من الصعب تفسيرها بدون تضمين نظرية الأكوان المتعددة. لكن لدى الفيزيائيين بديل آخر على الأقل للدراسة.
الفكرة المتناقضة التي مفادها أن كوننا مجرد فقاعة عشوائية في الكون الرغوي اللامتناهي يتبع منطقياً ، من أكثر مظاهر الطبيعة بريئة للوهلة الأولى: الفضاء الفارغ. على وجه التحديد ، تنمو فرضية الأكوان المتعددة من كمية ضئيلة للغاية من الطاقة الموجودة في الفضاء الخالي - والمعروفة باسم الطاقة الفراغية أو الطاقة المظلمة أو الثابت الكوني. يحتوي كل متر مكعب من المساحة الفارغة على مثل هذه الكمية من الطاقة الكافية لإضاءة المصباح الكهربائي لـ 11 تريليون جزء فقط من الثانية. "إنها مثل عظمة في الحلق" ، كما وصف
ستيفن واينبرغ ، الحائز على جائزة نوبل ، ذات مرة مشكلة يجب أن يكون لها على الأقل طاقة تزيد على تريليون تريليون تريليون تريليون مرة في الفراغ بسبب
وجود جميع المجالات المرتبطة بها. المادة والتفاعلات. ولكن بطريقة ما ، يتم تدمير جميع آثار هذه الحقول بشكل شبه كامل بشكل متبادل ، ويتم الحصول على سلام هادئ. لماذا الفضاء الفارغ فارغ جداً؟
على الرغم من أننا لا نعرف الإجابة على هذا السؤال - "
مشكلة الثابت الكوني " سيئة السمعة - تبدو درجة الفراغ القصوى من فراغنا ضرورية لوجودنا. في الكون الذي يمتلئ أكثر بقليل من الطاقة الجاذبة ، سيتوسع الفضاء بسرعة كبيرة بحيث تتشكل الهياكل مثل المجرات أو الكواكب. يشير مثل هذا النظام المضبوط بدقة إلى أنه يمكن أن يكون هناك العديد من الأكوان ، ولكل منها كمية خاصة به من طاقة الفراغ ، ونحن نعيش في كون بمعدل منخفض للغاية ، لأنه لا يمكننا الظهور في عالم آخر.
يعارض بعض العلماء حشو "
مبدأ الإنسان " ويكرهون نظرية الأكوان المتعددة لكونها غير قابلة للتحقق. حتى أولئك الذين لا يعارضون هذه النظرية يرغبون في الحصول على حلول بديلة لمشكلة الثابت الكوني. ولكن في حين أنه يكاد يكون من المستحيل حلها دون الأكوان المتعددة. قال رامان ساندرام ، الفيزيائي النظري في جامعة ميريلاند: "مشكلة الطاقة المظلمة صعبة للغاية وغير ملائمة لدرجة أن الناس لم يجدوا حلاً أو حلين لها".
لفهم سبب حدوث ذلك ، ضع في اعتبارك طاقة الفراغ. تنص نظرية ألبرت أينشتاين العامة للنسبية على أن المادة والطاقة تخبران الزمكان بكيفية الانحناء ، كما أن انحناء الزمكان يخبر المادة والطاقة بكيفية التحرك. من المعادلات يتبع تلقائيًا قدرة الزمكان على الحصول على طاقته الخاصة - كمية ثابتة متبقية عندما لا يكون هناك شيء آخر ، والذي أطلق عليه أينشتاين الثابت الكوني. لعقود ، افترض علماء الكون أن قيمته هي صفر ، بالنظر إلى المعدل الثابت إلى حد ما لتوسع الكون ، وفكروا في سبب حدوثه. ولكن في عام 1998 ، اكتشف علماء الفلك أن تمدد الفضاء يتسارع تدريجيًا في الواقع ، مما يعني وجود طاقة طاردة تتغلغل في كل الفضاء.
ومع ذلك ، فإن الكثافة المفترضة لهذه الطاقة الفراغية تتناقض مع ما تقوله نظرية المجال الكمي عن الفضاء الفارغ. يعتبر حقل الكم فارغًا عندما لا تتحرك الجسيمات ، التي تمثل الإثارة الميدانية ، من خلاله. ولكن نظرًا لمبدأ عدم اليقين ، فإن حالة المجال الكمي غير معروفة تمامًا على الإطلاق ، لذا لا يمكن للطاقة أن تساوي الصفر تمامًا. تخيل أن المجال الكمومي يتكون من ينابيع صغيرة تقع في كل نقطة في الفضاء. تتأرجح الينابيع باستمرار ، لأنها تمتد دائمًا إلى مسافة غير محددة من الحالة الأكثر استرخاءً. فهي دائمًا إما مضغوطة قليلاً أو ممتدة قليلاً ، وبالتالي تتحرك دائمًا ، مما يعني أن لديها طاقة. وهذا ما يسمى
طاقة الحقل صفر . في مجالات التفاعل ، الطاقة الصفرية إيجابية ، وفي مجالات المادة - سلبية ، وتشارك هذه الطاقات في الطاقة الكلية للفراغ.
يجب أن تكون الطاقة الكلية للفراغ مساوية تقريبًا لمجموع أكبر المساهمات. ومع ذلك ، يشير المعدل المرصود للتوسع الكوني إلى أن هذه القيمة هي 60-120 مرتبة من الحجم أقل من بعض مساهمات الطاقة الميدانية الصفرية ، كما لو كانت جميع المصطلحات الإيجابية والسلبية المختلفة ستبيد بعضها البعض. لكن التوصل إلى آلية مادية لهذا التوافق أمر صعب للغاية ، لسببين.
أولاً ، تعمل طاقة الفراغ بشكل جاذبي فقط ، وبالتالي ، من أجل تقليلها ، من الضروري وجود آلية جاذبية. لكن في اللحظات الأولى من حياة الكون ، عندما كانت هذه الآلية يمكن أن تعمل ، كانت صغيرة جدًا لدرجة أن كل طاقتها الفراغية كانت ضئيلة جدًا مقارنة بكمية المادة والإشعاع. سوف تتلاشى تأثيرات الجاذبية لطاقة الفراغ قبل جاذبية كل شيء آخر. كتب الفيزيائي رافائيل بوسو في عام 2007: "هذه واحدة من أكبر الصعوبات في حل مشكلة الثابت الكوني" ، وكتبت آلية التغذية الراجعة الجاذبية التي تضبط طاقة الفراغ في الكون المبكر ، يمكن مقارنتها تقريبًا بطائرة تحلق في عاصفة بمعدل دقيق للحجم الذري ".
ومما يضاعف الموقف أن حسابات نظرية المجال الكمي تُظهر أن طاقة الفراغ ستغير القيمة نتيجة لتغيرات الطور في عالم التبريد بعد وقت قصير من الانفجار العظيم. ونتيجة لذلك ، يطرح السؤال ما إذا كانت هذه الآلية الافتراضية ، التي توازي طاقة الفراغ ، عملت قبل أو بعد هذه التغييرات. وكيف يمكن للآلية أن تعرف حجم هذه الآثار لتعويضها بهذه الدقة؟
حتى الآن ، تعيق هذه العقبات محاولات لتفسير الوزن الصغير للمساحة الفارغة ، وليس الانحناء إلى الكون المتعدد الأكوان. ولكن في الآونة الأخيرة ، بدأ بعض الباحثين في دراسة خيار بديل واحد: إذا لم يظهر الكون من لا شيء ، لكنه
ارتد ، بعد أن خضع لضغط سابق ، فيجب أن يكون الكون
المضغوط في الماضي البعيد ضخمًا ، وكان يجب أن تهيمن عليه طاقة الفراغ. ربما ، عندها ، يمكن أن تؤثر آلية جاذبية معينة على وفرة طاقة الفراغ ، وبطريقة ما سيكون من الطبيعي تبديدها بمرور الوقت. ألهمت هذه الفكرة الفيزيائيين بيتر جراهام وديفيد كابلان وسارجيت راجيندران [بيتر جراهام وديفيد كابلان وسورجيت راجيندران] لإنشاء
نموذج جديد للارتداد الكوني ، على الرغم من أنهم لم يثبتوا بعد بالضبط كيف يجب أن يعمل الانتثار الفراغي في الكون المتعاقد.
ورداً على الرسالة ، وصف بوسو هذا النهج بأنه "محاولة جديرة للغاية" و "معركة صادقة ومستنيرة ضد مشكلة خطيرة". لكنه أضاف أن المشاكل الرئيسية لا تزال موجودة في النموذج ، و "العقبات التقنية التي يجب التغلب عليها من أجل ملء هذه الثغرات وجعل الفكرة تبدو عملية خطيرة إلى حد ما. هذا التصميم بالكامل يشبه بالفعل
آلة غولدبيرغ ، وفي أحسن الأحوال ، سيصبح أكثر إرباكًا في المستقبل ، عندما تمتلئ الثقوب ". يعتقد هو وغيره من مؤيدي الكون المتعدد ، أن خيار الإجابة الخاص بهم بالمقارنة مع هذا يبدو أبسط.