الطاقة السلبية

بالنسبة للثقب الأسود ذي الدوران الكلاسيكي، يُنشئ الدوران منطقةً خارج أفق الحدث تُعرف باسم "إرجوسفير"، حيث يبدأ الزمكان نفسه بالدوران، في ظاهرة تُعرف باسم "سحب الإطار المرجعي". وبما أن منطقة الإرجوسفير تقع خارج أفق الحدث، فإن الجسيمات قادرة على الإفلات منها. داخل منطقة الإرجوسفير، قد تصبح طاقة الجسيم سالبة (عن طريق الدوران النسبي لمتجه كيلينغ الخاص به ) . ثم يعبر الجسيم ذو الطاقة السالبة أفق الحدث إلى داخل الثقب الأسود، حيث ينص قانون حفظ الطاقة على ضرورة إفلات كمية مساوية من الطاقة الموجبة.

في عملية بنروز ، ينقسم الجسم إلى قسمين، حيث يكتسب أحد النصفين طاقة سالبة ويسقط، بينما يكتسب النصف الآخر مقدارًا مساويًا من الطاقة الموجبة ويهرب. ويُقترح أن هذه هي الآلية التي يتم من خلالها توليد الإشعاع المكثف المنبعث من الكوازارات . ^{[ 3 ]}

في نظرية الكم، يسمح مبدأ عدم اليقين بملء فراغ الفضاء بأزواج افتراضية من الجسيمات ومضاداتها، والتي تظهر تلقائيًا وتستمر لفترة وجيزة قبل أن تفني نفسها، عادةً. قد تمتلك بعض هذه الجسيمات الافتراضية طاقة سالبة. يلعب هذا السلوك دورًا في العديد من الظواهر المهمة، كما هو موضح أدناه.

في تأثير كازيمير، تعمل صفيحتان مسطحتان متقاربتان جدًا على تقييد أطوال موجات الكمّات التي يمكن أن تتواجد بينهما. وهذا بدوره يُقيّد أنواع، وبالتالي عدد وكثافة أزواج الجسيمات الافتراضية التي يمكن أن تتشكل في الفراغ الفاصل، مما قد يؤدي إلى كثافة طاقة سالبة. ولأن هذا التقييد غير موجود أو أقل أهمية بكثير على الجانبين المتقابلين للصفيحتين، فإن القوى خارج الصفيحتين تكون أكبر من تلك الموجودة بينهما. وهذا ما يجعل الصفيحتين تبدوان وكأنهما تتجاذبان، وهو ما تم قياسه. وبشكل أدق، فإن طاقة الفراغ الناتجة عن أزواج الجسيمات الافتراضية هي التي تدفع الصفيحتين معًا، وطاقة الفراغ بين الصفيحتين ضئيلة جدًا بحيث لا تُبطل هذا التأثير، نظرًا لأن عدد الجسيمات الافتراضية التي يمكن أن تتواجد في وحدة الحجم بين الصفيحتين أقل مما يمكن أن تتواجد خارجهما. ^{[ 5 ]}

من الممكن ترتيب حزم متعددة من ضوء الليزر بحيث يؤدي التداخل الكمومي الهدام إلى كبح تقلبات الفراغ . تتضمن حالة الفراغ المضغوط هذه طاقة سالبة. ويؤدي الشكل الموجي المتكرر للضوء إلى مناطق متناوبة من الطاقة الموجبة والسالبة. ^{[ 5 ]}

وفقًا لنظرية بحر ديراك ، التي وضعها بول ديراك عام 1930، فإن فراغ الفضاء مليء بالطاقة السالبة. وقد طُوّرت هذه النظرية لتفسير شذوذ حالات الطاقة السالبة الكمومية التي تنبأت بها معادلة ديراك . بعد عام، وبعد عمل فايل ، تم التخلي عن مفهوم الطاقة السالبة واستبداله بنظرية المادة المضادة . ^{[ 6 ] : 9} وفي العام التالي، 1932، شهد اكتشاف البوزيترون على يد كارل أندرسون .

يمكن للجسيمات الافتراضية أن تدوم لفترة قصيرة. عندما يظهر زوج من هذه الجسيمات بجوار أفق حدث ثقب أسود، قد ينجذب أحدهما إليه. يؤدي هذا إلى دوران متجه كيلينغ الخاص به ، فتصبح طاقته سالبة، ويصبح الزوج بلا طاقة صافية. يسمح هذا للجسيمات بأن تصبح حقيقية، ويهرب الجسيم ذو الطاقة الموجبة على شكل إشعاع هوكينغ ، بينما يقلل الجسيم ذو الطاقة السالبة من الطاقة الصافية للثقب الأسود. وهكذا، قد يتبخر الثقب الأسود ببطء. ^{[ 8 ] [ 9 ]}

تظهر الطاقة السالبة في النظرية النظرية للثقوب الدودية ، حيث تُستخدم للحفاظ على الثقب الدودي مفتوحًا. يربط الثقب الدودي مباشرةً بين موقعين قد يفصل بينهما بُعدٌ كبيرٌ في المكان والزمان، ويسمح نظريًا بالسفر شبه الفوري بينهما. مع ذلك، يعتبر فيزيائيون مثل روجر بنروز هذه الأفكار غير واقعية، وأقرب إلى الخيال منها إلى التكهنات. ^{[ 10 ]}

تم اقتراح مبدأ نظري لمحرك انحناء أسرع من الضوء (FTL) للمركبات الفضائية، باستخدام طاقة سالبة. يعتمد محرك ألكوبيير على حل لمعادلات أينشتاين للمجال في النسبية العامة ، حيث يتم إنشاء "فقاعة" من الزمكان باستخدام طاقة سالبة افتراضية. ثم تُحرّك هذه الفقاعة بتوسيع الفضاء خلفها وتقليص الفضاء أمامها. يمكن للفقاعة أن تتحرك بسرعات عشوائية، ولا تتقيد بسرعة الضوء. لا يتعارض هذا مع النسبية العامة، لأن محتويات الفقاعة لا تتحرك فعليًا عبر الزمكان المحلي. ^{[ 5 ]}

أشارت دراسات نظرية تخمينية إلى أن الجسيمات ذات الطاقات السالبة تتوافق مع نظرية الكم النسبية، مع ملاحظة بعضها وجود علاقات متبادلة مع الكتلة السالبة و/أو انعكاس الزمن. ^{[ 11 ] [ 12 ] [ 13 ]}

• لورانس إتش فورد وتوماس أ. رومان؛ "الطاقة السلبية، والثقوب الدودية، ومحرك الالتواء"، مجلة ساينتفك أمريكان، يناير 2000، 282 ، الصفحات 46-53.
• روجر بنروز؛ الطريق إلى الواقع ، غلاف ورقي، دار فينتج، 2005. الفصل 30: دور الجاذبية في اختزال الحالة الكمومية.