Werner Karl Heisenberg


مشكلة القياس يمكن توضيحها من خلال مثال بسيط. لنفترض ان لدينا حوض ماء، ونرغب بقياس درجة حرارة الماء فيه. بالطبع سيكون من الاسهل وضع ميزان حرارة فيه. ميزان الحرارة يتبادل كمية صغيرة من الحرارة مع محيطه القريب، وعندما يصبح جاهزا يمكن قراءة النتيجة. ولكن لنقلل حجم هذا الحوض الى اقل الدرجات الممكنة. عندها نرى انه كلما صغرت حجم كمية المياه المراد قياسها كلما إزداد تأثير التبادل الحراري بين ميزان الحرارة ومحيطه من الماء (المجهولة حرارته الابتدائية) وبالتالي كلما زادت نسبة الخطأ. من هنا نرى انه وتحت ضغط الحجم المتناهي الصغر للذرات واجزائها لايمكن قياسها إلا بمساعدة ذرات واجزاء اخرى.

وبإعتبار، وحسب فرضية بلانك، دائما يجب تبادل كمية ضئيلة من الطاقة فستكون كل عملية قياس بحد ذاتها، تشويش على النظام الذي سيجري قياسه. هذه الحقيقة ادت الى ان الفيزيائي الالماني Werner Karl Heisenberg (1901-1976), وضع عام 1926 معادلته الشهيرة للعلاقة الغير دقيقة (Uncertainty principle)، التي تضع حدود اساسية دنيا لمستوى دقة القياسات الصغيرة، ليظهر بوضوح إستحالة قياس الجزيئات الاصغر، التي لايمكنها ان تملك في نفس الوقت سرعة ومكانا معرفا بدقة.

هنا نرى معادلة الحركة الغير دقيقة، وفي بعض المصادر الحركة الاحتمالية للاجسام.
Delta E x Deta t = h
في مصدر اخر كانت النتيجة مقسومة على 2، وكان هناك تعليقا مثيراً هو التالي:
المعادلة اعلاه تشير الى ان الطاقة وحتى الجسم يمكن ان يبزغان من اللامكان إذا كانا سيختفيان لاحقا بسرعة فائقة.
واتمنى ان يتمكن احد ما من التوضيح...


الخطوة التالية على طريق فهمنا للعلاقة بين الذرة والفراغ جاءت عام 1930 من عالم الفيزياء الانكليزي Paul A. M. Dirac (1902-1984) الذي تمكن من دمج نظرية الكفانت مع نظرية النسبية. في هذا المسيار ركز ديراك على ان كل جزء من الاجزاء المتناهية في الصغر المعروفة لنا يوجد مثيل له في المادة المضادة، (antipartikel).


Paul Adrien Maurice Dirac
من اجل فهم هذه النظرة حول الجزيئات الجديدة يجب تصور وجود بحر منهم حيث يملئ في الواقع كل الفراغ. بفضل نظرية Paul Adrien Maurice Dirac-1902-1984 تم ملئ الفراغ الى اقصاه بالنشاطات، للمرة الثانية (المرة الاولى بالاتير) . الفكرة ليست " ذاتية" كما تظهر في التعابير. إذا عدنا الى نظرية هيسينبيرغ للعلاقة الغير دقيقة ، يمكن إستخدامها في عند الرغبة في قياس مستوى الطاقة في الفراغ. الجواب الاولي والمنطقي يجب ان يكون صفر، ولكن هذا الجواب يجب ان يكون خاطئ، لانه وحسب معادلة هيسينبيرغ، من المستحيل الحصول على نتائج دقيقة بشكل عام. ومن حيث ان قياس مستوى الطاقة لايخرج عن القانون العام، فأن المقدار " صفر" لايوجد في اي مكان على الاطلاق، إذ دائما يجب القول صفر + شئ بسيط، وبالذات متوسط القيمة التقديرية الداخلة في المعادلة. هذه الطاقة وتسمى نقطة الصفر المتغير، هي خلفية اساسية للعالم الذي نعيش فيه والذي اكتشف مؤخرا، وبالذات بحر التشويش الاشعاعي الكوني الخلفي.


Hendrik Casimir
من الوهلة الاولى يظهر وكأن من الممكن إعتبار الفضاء فارغاً إذا كان يحتوي على مقدار " صفر متغير" ، ولكن هذا غير صحيح. عام 1948 اثبت الفيزيائي Hendrik Brugt Gerhard Casimir -1909-2000 انه إذا وضعنا صفائح معدنية قرب بعضها البعض فأن قوة "الصفر المتغيير" تؤثر عليهم.

السبب ان قرب الصفائح من بعضها يعطي الحقل الكهرومغناطيسي فسحة للانتعاش بينهم، بكل بساطة لكون الحقل مؤلف من موجات. الصفائح تمنع خلق موجات اطول من المسافة المتاحة بينهم. لهذا السبب سيوجد كثافة مخفضة من الطاقة الكهرومغناطيسية بين الصفائح ومن هنا ينشأ مايسمى Casimir effect (Casimireffekten), كنتيجة لوجود كثافة اعلى خارج مسافة " الفراغ". وكلما كانت المسافة اقل بين الصفائح كلما كانت الطاقة اكبر.

عام 1997 تمكن العالم الامريكي Steven Lamoreaux, من قياس Casimir effect لاول مرة مختبرياً. لقد اظهر تتطابق النتائج مع الفرضية النظرية. عام 2002 جرت قياسات اكثر دقة من قبل ثلاث فيزيائيين ايطاليين، اثبتت من جديد صحة الاستنتاجات السابقة.

يتبع....