كون خالٍ من الطاقة

تقترح فرضية الكون ذي الطاقة الصفرية أن إجمالي الطاقة في الكون يساوي صفرًا تمامًا : إذ تُعادل طاقته الموجبة، المتمثلة في المادة، طاقته السالبة، المتمثلة في الجاذبية . ^{[ 1 ]} يُطلق بعض الفيزيائيين، مثل لورانس كراوس وستيفن هوكينغ وألكسندر فيلينكين ، على هذه الحالة اسم "كون من العدم"، على الرغم من أن نموذج الكون ذي الطاقة الصفرية يتطلب وجود كلٍ من مجال المادة ذي الطاقة الموجبة ومجال الجاذبية ذي الطاقة السالبة. ^{[ 2 ]} تُناقش هذه الفرضية على نطاق واسع في المصادر الشائعة. ^{[ 3 ] [ 4 ] [ 5 ]} تشمل أمثلة الإلغاء الأخرى الانتشار المتناظر المتوقع لعزوم الدوران اليمينية واليسارية للأجسام (اللف المغزلي)، وتسطح الكون الملحوظ ، والانتشار المتساوي للشحنات الموجبة والسالبة، واللف المغزلي المتعاكس للجسيمات في ميكانيكا الكم، بالإضافة إلى قمم وقيعان الموجات الكهرومغناطيسية، من بين أمثلة أخرى محتملة في الطبيعة.

خلال الحرب العالمية الثانية، اقترح باسكوال جوردان لأول مرة أنه بما أن الطاقة الموجبة لكتلة النجم والطاقة السالبة لحقل جاذبيته مجتمعتين قد تُساويان طاقة كلية، فإن قانون حفظ الطاقة لا يمنع نشوء نجم من خلال انتقال كمي للفراغ. وروى جورج جاموف كيف طرح هذه الفكرة على ألبرت أينشتاين : "توقف أينشتاين فجأة، ولأننا كنا نعبر الشارع، اضطرت عدة سيارات للتوقف لتجنب دهسنا". ^{[ 6 ]} كان تطوير المفهوم بطيئًا، حيث أجرى ريتشارد فاينمان أول حساب مهم في عام 1962. ^{[ 7 ]} وكان أول منشور معروف حول هذا الموضوع في عام 1973، عندما اقترح إدوارد تريون في مجلة نيتشر أن الكون نشأ من تذبذب كمي واسع النطاق لطاقة الفراغ ، مما أدى إلى توازن دقيق بين طاقة كتلته الموجبة وطاقة وضعه التثاقلية السالبة . ^{[ 4 ]} وفي العقود اللاحقة، عانى تطوير المفهوم باستمرار من اعتماد الكتل المحسوبة على اختيار أنظمة الإحداثيات. على وجه الخصوص، تنشأ مشكلة بسبب الطاقة المرتبطة بأنظمة الإحداثيات التي تدور مع الكون بأكمله. ^{[ 7 ]} وقد تم استنباط أول قيد في عام 1987 عندما نشر آلان غوث برهانًا على أن طاقة الجاذبية سالبة. ^{[ 8 ]} لم يكن مفهومًا بعدُ آلية توليد كلٍّ من الطاقة الموجبة والسالبة من حلٍّ أوليٍّ معدوم، واقترح ستيفن هوكينغ حلًّا مخصصًا بزمن دوري في عام 1988. ^{[ 9 ] [ 10 ]}

في عام ١٩٩٤، استؤنف تطوير النظرية ^{[ ١١ ]} بعد نشر عملٍ لناثان روزن ^{[ ١٢ ]} ، وصف فيه حالةً خاصةً من الكون المغلق. وفي عام ١٩٩٥، برهن جيه في جوهري أن الطاقة الكلية لكون روزن تساوي صفرًا في أي كونٍ يتوافق مع مقياس فريدمان-لوميتر-روبرتسون-ووكر ، واقترح آليةً لتوليد المادة مدفوعةً بالتضخم في كونٍ فتيّ. ^{[ ١٣ ]} وقُدِّم حل الطاقة الصفرية لفضاء مينكوفسكي الذي يُمثِّل كونًا قابلًا للملاحظة في عام ٢٠٠٩. ^{[ ٧ ]}

يشرح هوكينج في كتابه "إجابات مختصرة على الأسئلة الكبيرة" :

تتطلب قوانين الفيزياء وجود شيء يسمى " الطاقة السلبية ".

لمساعدتك على فهم هذا المفهوم الغريب ولكنه بالغ الأهمية، دعني أستخدم تشبيهًا بسيطًا. تخيل رجلاً يريد بناء تل على أرض مستوية. سيمثل هذا التل الكون. لبناء هذا التل، يحفر حفرة في الأرض ويستخدم تربتها. لكنه بالطبع لا يصنع تلًا فحسب، بل يصنع حفرة أيضًا، وهي في الواقع نسخة معكوسة من التل. المادة التي كانت في الحفرة أصبحت الآن هي التل، لذا يتوازن كل شيء تمامًا. هذا هو المبدأ الكامن وراء ما حدث في بداية الكون. عندما أنتج الانفجار العظيم كمية هائلة من الطاقة الموجبة، أنتج في الوقت نفسه نفس الكمية من الطاقة السالبة. وبهذه الطريقة، يكون مجموع الموجب والسالب صفرًا دائمًا. إنه قانون آخر من قوانين الطبيعة. إذن، أين توجد كل هذه الطاقة السالبة اليوم؟ إنها في المكون الثالث في كتاب وصفاتنا الكونية: إنها في الفضاء. قد يبدو هذا غريبًا، ولكن وفقًا لقوانين الطبيعة المتعلقة بالجاذبية والحركة - وهي من أقدم القوانين في العلم - فإن الفضاء نفسه مخزن هائل للطاقة السالبة. يكفي لضمان أن يكون مجموع كل شيء صفرًا. ^{[ 14 ]}

تقدم بعض الأبحاث في علم الكون الكمي تجسيداً ملموساً لفرضية الكون ذي الطاقة الصفرية. ^{[ 15 ]}

لا تزال الأدلة التجريبية على كون الكون المرئي "كونًا ذا طاقة صفرية" غير حاسمة. تمثل طاقة الجاذبية من المادة المرئية ما بين 26 و37% من إجمالي كثافة الكتلة والطاقة المرصودة. ^{[ 16 ]} لذا، لكي يتوافق مفهوم "الكون ذي الطاقة الصفرية" مع الكون المرصود، لا بد من وجود خزانات طاقة سالبة أخرى إلى جانب جاذبية المادة الباريونية. ويُفترض عادةً أن هذه الخزانات هي المادة المظلمة . ^{[ 17 ]}

• كون من العدم
• فراغ زائف
• الموت الحراري للكون
• قائمة مفارقات علم الكونيات – قائمة بالعبارات التي تبدو متناقضة مع نفسها 
• المصير النهائي للكون