آیا خلا در اعماق فضا واقعا خالی است؟

زی‌سان: یک لحظه تصور کنید که از زمین به راه افتاده‌اید تا راهی اعماق فضا شوید. تصور کنید به قدری از زمین دور می‌شوید که ستاره‌ها و کهکشان‌ها را پشت‌سر می‌گذارید و به خالی‌ترین مکان‌های گیتی می‌رسید. آیا واقعا جایی از گیتی وجود دارد که در آن، هیچ چیزی، مطلقا هیچ چیزی وجود نداشته باشد؟ تارنمای اسپیس با انتشار مطلبی در این زمینه به مرور تاریخچه درک و تصور انسان از مفهوم خلا پرداخته و آن را از نقطه نظر علمی و کیهان‌شناسی بررسی کرده است.

به گزارش زی‌سان: از نظر تاریخی، در قرن هفدهم میلادی، اتو فون گریکه، دانشمند آلمانی، با ساخت یک پمپ خلا، دو نمیکره مشهور به نیمکره ماگدبورگ را از هوا تخلیه کرد و در نتیجه حتی دو گروه اسب نیز نتوانستند دو نیمکره را از هم جدا کنند.

با این حال، تا دهه‌ها پس از این آزمایش علمی، فیلسوفان و دانشمندان همچنان فکر می‌کردند که گستره وسیع فضا خالی نیست بلکه با نوعی ماده به نام اتر پر شده است. آن‌ها با باور به وجود اتر، دو هدف را دنبال می‌کردند. نخست اینکه این باور قبلی همچنان حفظ می‌شد که گستره وسیع فضا، خالی نیست. دوم اینکه اتر را به‌عنوان واسطه‌ای برای انتشار امواج نور در نظر می‌گرفتند.

اما در اواخر قرن نوزدهم مایکلسون و مورلی، دو فیزیکدان برجسته، آزمایشی هوشمندانه را برای اندازه‌گیری تغییرات سرعت نور هنگام حرکت زمین درون ماده فرضی اتر ابداع کردند. در نتیجه این آزمایش، هیچ تغییری شناسایی نشد و کمی پس از آن آلبرت اینشتین، فیزیکدان مشهور، نشان داد که سرعت نور همواره ثابت است. این سبب شد که دانشمندان در نهایت مفهوم اتر را کنار بگذارند و امکان وجود خلا را بپذیرند.

اما دانشمندان امروزه می‌گویند حتی اگر چگالی فضای میان‌ستاره‌ای، میلیارد‌ها بار کمتر از خالی‌ترین محفظه‌های خلا ساخت بشر باشد، اما واقعیت این است که حتی فضای تهی هم ۱۰۰ درصد خالی نیست.

برای رسیدن به خالی‌ترین مکان‌های گیتی، باید به خلا‌های کیهانی سفر کرد. به عبارت دیگر به مناطق وسیعی از فضای تهی و هیچ در عالم. برخی از حفره‌های تهی از ماده در کیهان، به قدری گسترده و عظیم‌اند که تا فاصله صدهامیلیون سال نوری از مرکز آن‌ها ممکن است هیچ اثری از ماده دیده نشود. این حفره‌ها به قدری خالی‌اند که حتی ماده تاریک نیز در آن‌ها پیدا نمی‌شود. ماده تاریک، شکل مرموز و نامرئی ماده است که بخش عمده‌ای از کهکشان‌ها را تشکیل می‌دهد.

اما با این حال، دانشمندان می‌گویند که فضا به معنی واقعی کلمه خالی نیست. در سراسر کیهان، ذراتی سبک و خنثی به نام نوترینو و همچنین پرتو‌های به‌جامانده از آغاز کیهان وجود دارند. تابش ریزموج زمینه کیهانی (CMB) عامل بیش از ۹۹.۹۹ درصد از کل پرتو‌های موجود در گیتی است و فرار از آن هم غیرممکن است. از این رو، شما حتی در تاریک‌ترین فضا‌های خالی گیتی، هنوز هم تنها نیستید.

حال بیایید فرض کنیم که یک جعبه غول‌پیکر به اندازه کافی ضخیم ساخته‌ایم تا جلوی نوترینو‌ها و تابش زمینه کیهانی را بگیرد و شما را در داخل آن تنها بگذارد. (از نظر فنی، چنین چیزی ممکن نیست، چون دیواره‌های خود جعبه هم فوتون‌های خود را گسیل می‌کنند، اما بگذارید این واقعیت را برای پیش بردن این آزمایش فکری کنار بگذاریم.) خب. آیا در این صورت، در فضای خالی و تهی خواهیم بود؟ فیزیک کوانتومی پاسخی شگفت‌انگیز به این پرسش می‌دهد: خیر!

به گفته فیزیکدانان، میدان‌های کوانتومی، تمام فضا و زمان را تحت تاثیر خود قرار می‌دهند. میدان‌های کوانتومی، انرژی ذاتی دارند که به‌عنوان انرژی خلا شناخته می‌شوند. این انرژی در سراسر گیتی وجود دارد، حتی اگر هیچ ذره‌ای در اطراف شما نباشد، همچنان این انرژی وجود دارد. آیا می‌شود انرژی خلا را نیز از بین برد؟ چنین فرضی هم از نظر فنی غیرممکن است، اما بیایید تصور کنیم می‌شود این کار را انجام داد. آیا در نهایت، واقعا به خلا مطلق و نیستی کامل خواهیم رسید؟ پاسخ به این پرسش این است که ...، بستگی دارد.

ما تمایل داریم فضا را صرفا یک انتزاع ریاضی بدانیم، به عبارت دیگر، فضا را راهی برای اندازه‌گیری مکان و وسعت بدانیم. مفهوم فضا به معنی ریاضیاتی آن را نخستین بار رنه دکارت، فیلسوف و دانشمند قرن هفدهم، صورت‌بندی کرد. پس از او نیوتن، فضا را به‌عنوان زمینه مطلق برای حرکت اجسام و قوانین فیزیکی حاکم بر رفتار آن‌ها توصیف کرد. اینشتین با صورت‌بندی نظریه مشهور خود به نام نسبیت عام، این مفهوم را یک گام جلوتر برد و فضا را درست مثل زمان، از حالت مطلق خارج کرد. از منظر نسبیت عام، این انحنای فضا است که نیروی گرانش را به وجود می‌آورد.

با توضیحاتی که گفته شد، اینک پرسش دیگری پیش می‌آید. آیا فضا صرفا یک انتزاع ریاضی است، ابزاری که ما برای توصیف رابطه بین اشیاء فیزیکی از آن استفاده می‌کنیم یا چیزی بیش از این است؟ در مورد امواج گرانشی چه می‌توان گفت؟ امواج گرانشی برای حرکت خود، نیازی به حضور ماده یا انرژی ندارند. آن‌ها صرفا به شکل امواجی در خود فضا-زمان وجود دارند. از این رو، اگر فضا فقط یک ابزار ریاضی باشد، پس امواج گرانشی چگونه می‌توانند به خودی خود وجود داشته باشند؟ واقعیت این است که با این اوصاف، هنوز هیچ پاسخ نهایی برای این پرسش وجود ندارد و هیچ‌کس دقیقا نمی‌داند که آیا نیستی، یعنی هیچ مطلق واقعی اساسا می‌تواند وجود داشته باشد یا نه.