مقدمه

ابتدا بهتر است براي تفهيم بيشتر ، اصل عدم قطعيت را كاملاً بازگو كنيم :

براي آنكه وضعيت و سرعت بعدي ذره اي را پيش بيني كنيم بايد بتوانيم وضعيت و سرعت فعلي آن را به دقت اندازه بگيريم. بديهي است براي اندازه گيري بايد ذره را در پرتو نور مورد مطالعه قرار دهيم . برخي از امواج نور به وسيله ذره پراكنده خواهند شد و در نتيجه وضعيت ذره مشخص مي شود . اما دقت اندازه گيري وضعيت يك ذره بنا گزير از فاصله بين تاجهاي متوالي موج نور كمتر است در نتيجه براي تعيين دقيق وضعيت يك ذره بايد از نوري با طول موج كوتاه استفاده كرد . حال بنا بر فرضيه كوانتوم پلانك ، نمي توانيم هر قدر دلمان خواست مقدار نور را كم اختيار كنيم ؛ به دست كم بايد يك كوانتوم نور مصرف كنيم . اين كوانتوم ذره را متأثر خواهد كرد . از اين گذشته براي آنكه وضعيت ذره را هر چه دقيقتر اندازه بگيريم . بايد از نوري با طول موج كوتاهتر استفاده كنيم و بنابراين انرژي هر كوانتوم بيشتر مي شود . در نتيجه سرعت ذره بيشتر دستخوش تغيير مي شود . به ديگر سخن هر چه بكوشيم وضعيت ذره را دقيقتر اندازه گيري كنيم دقت اندازه گيري سرعت آن كمتر مي‌شود و بر عكس . هايزنبرگ در اصل عدم قطعيت خود نشان داد كه عدم قطعيت در تعيين وضعيت ذره ضربدر عدم قطعيت در سرعت آن ضربدر جرم ذره هرگز نمي تواند از ثابت پلانك كمتر شود . البته اين مطلب را مي توان به صورتي ديگر نيز بيان كرد كه چنانچه با انرژي يك سيستم را به دقت زياد بسنجيم ، به نحوي كه عدم قطعيت انرژي بسيار كوچك باشد ، عدم قطعيت در زمان بسيار بزرگ خواهد بود حقيقت را مي توانيد به صورت زير تجسم كنيم : به منظور تعيين دقيق انرژي ، بايد مدت زماني دراز سيستم را مشاهده كنيم . نتيجه چنين سنجش طويل المدتي . تعيين انرژي متوسط سيستم در طول آن مدت خواهد بود ولي غير ممكن است كه دقيقاً بگوييم در چه زماني سيستم داراي آن مقدار انرژي است ، بدين معني كه عدم قطعيت در زمان بايد بسيار بزرگ باشد .

اصل عدم قطعيت هايزنبرگ را به صورت فرمول هاي رياضي به صورت زير مي توان نوشت:

2

كه در فرمول 1  عدم قطعيت در انرژي و  عدم قطعيت در زمان است كه حاصل ضربشان بايد بسيار بزرگتر از عدد پلانك (h) باشند و در فرمول 2 نيز  عدم قطعيت در تعيين وضعيت هر ذره اي و  عدم قطعيت در سرعت آن و  جرم ذره است و در اين دو فرمول كه منظور مشتركي را بيان مي كنند h  ثابت پلانك است كه برابر 106/6 است . تا اينجا يك آشنايي مختصر با اصل عدم قطعيت هايزنبرگ بدست آورده ايم حال طبق اين اصل يك پديده ي نظري را كه توسط استيون هاوكينگ به نام تابش ها و كينگ بيان شده است را بررسي مي‌كنيم :

با توجه به اصل عدم قطعيت مكانيك كوانتوم ، احتمال هر رويدادي هميشه بزرگتر از صفر است يكي از نتايج منطقي آن اين است كه ما بپذيريم خلأ « فضاي تهي » واقعاً تهي نيست و فضاي تهي از ذرات مجازي انباشته شده است ، از ذرات ماده و انرژي و نه كاملاً حقيقي ، ذرات مجازي با اينكه حقيقي نيستند ، قوانين نشان مي دهند كه جهان در مقياس كوانتومي چگونه رفتار مي كند . براي مثال آنها براي توضيح كنش فوتون و و الكترون لازم هستند .

اگر ما فضا را خلأ فرض كنيم . راه درستي نرفته ايم ، در اينجا مي خواهيم علت آن را بيابيم . اصل عدم قطعيت به اين معني است كه ما هيچ گاه نمي توانيم با دقت كامل ، به طور همزمان ، مكان و سرعت چند ذره  را بدانيم . معناي آن از اين هم بيشتر است : ما هرگز نمي توانيم كميت يك ميدان (به عنوان مثال : ميدان گرانشي يا ميدان الكترومغناطيسي‌) و آهنگ تغييرات آن را همزمان ، با دقت كامل تعيين كنيم . هر قدر كميت ميدان را با دقت بيشتر بدانيم ، دقت ما در دانستن آهنگ تغييرات آن كاهش خواهد يافت و بالعكس ، همچون الاكلنگ . در نتيجه ، شدت يك ميدان هيچ وقت به صفر نمي رسد . صفر هم از نظر كميت و هم از نظر آهنگ تغييرات ميدان ، اندازه گيري بسيار دقيقي خواهد بود كه اصل عدم قطعيت ، آن را مجاز نمي داند . نمي توان فضاي خالي داشت ، مگر اينكه تمام ميدان ها دقيقاً صفر باشند . اگر صفر نباشد فضاي خالي وجود ندارد .

به جاي فضاي خالي كامل كه اغلب ما تصور مي كنيم در فضا هست ، مقدار حداقلي از عدم قطعيت ، اندكي ابهام يا نا معلومي به صورتي داريم كه نمي دانيم مقدار ميدان در فضاي خالي چيست . اين افت و خيز در مقدار ميدان ، اين لرزش اندك به سوي جوانب مثبت و منفي صفر را كه هرگز صفر نمي شود ، مي توان به طريق زير تصور كرد :

زوجهايي از ذرات – زوجهاي فوتون ها يا گراويتون ها – مدام ظاهر مي شوند . دو ذره به صورت يك جفت در مي‌آيند و سپس از هم جدا مي شوند . پس از فاصله بسيار كوتاه غير قابل تصوري ، آن دو ذره بار ديگر به هم مي‌رسند ، و يكديگر را منهدم مي كنند . حياتي كوتاه ولي پر ماجرا دارند . مكانيك كوانتومي به ما مي گويد كه اين واقعه هميشه و همه جا در فضاي خلأ روي مي دهد . ممكن است كه اينها ذرات واقعي كه بتوانيم وجود آنها را با يك آشكار ساز ذرات تشخيص دهيم ، ولي نبايد تصور كرد كه آنها ذرات خيالي هستند . حتي اگر آنها ذراتي مجازي باشند. مي توانيم آثار آنها را روي ذرات ديگر تشخيص دهيم . بعضي از اين زوجهاي ذرات ماده يا فرميون ها هستند . در اين حالت از ذرات زوج ، پاد ذره ديگري است . با فرض اينكه مقدار كلي انرژي در جهان ، هميشه ثابت و بدون تغيير است ، اين سؤال پيش مي آيد كه ما چگونه مي توانيم مسئله اين زوج تازه به وجود آمده را با اين اصل سازگار كنيم ؟ شايد بگوييم اين زوجها ، با وام گرفتن انرژي ، به طور بسيار موقتي به وجود آمده اند و آنها به هيچ وجه دايمي نيستند ولي بالاخره خود به خودي به وجود آمده اند و اين دقيقاً و منطبق با قانون بقاي انرژي نيست . مي گذريم و مطلب را ادامه مي دهيم : يكي از ذرات اين زوج انرژي مثبت و ديگري انرژي منفي دارد . تراز انرژي آنها برابر است و در آخر به مقدار انرژي كه در جهان وجود دارد . چيزي اضافه نشده است .

اسيتون ها و كينگ استدلال كرد كه زوج ذره هاي بسياري به طور غير منتظره در افق رويداد يك سياهچاله به وجود مي آيند و از بين مي روند بنابر تصور او ابتدا يك زوج از ذرات مجازي ظاهر مي شود . قبل از اينكه اين زوج به يكديگر برسند و يكديگر را منهدم كنند ، ذره اي كه انرژي منفي دارد از افق رويداد عبور كرده وارد سياهچاله مي‌شود ، آيا اين بدين معني است كه ذره با انرژي مثبت بايد همتاي بدبخت خود را ، با هدف برخورد و منهدم كردن دنبال كند ؟ نه ، ميدان جاذبه در افق رويداد يك سياهچاله به قدر كافي قوي است كه با ذرات مجازي ، حتي با ذرات بدبخت با انرژي منفي كار شگفت انگيزي مي كند . ميدان جاذبه مي تواند آنها را از « مجازي » به « واقعي » تبديل كند . اين تبديل ، تغيير قابل ملاحظه اي در زوج به وجود مي آورد . آنها ديگر مجبور نيستند با يكديگر برخورد كرده و يكديگر را منهدم كنند ، آنها مي توانند هر دو مدت بسيار طولاني تري ، جدا از هم وجود داشته باشند . البته ذره با انرژي مثبت نيز مي تواند در سياهچاله بيفتد ، ولي مجبور به چنين كاري نيست . او از مشاركت آزاد است ، مي تواند بگريزد ، براي يك مشاهده كننده از دور به نظر مي آيد كه از سياهچاله بيرون آمده است ، در حقيقت اين ذره ، نه از بيرون ، بلكه از نزديك سياهچاله مي آيد . در اين ضمن همتاي او انرژي منفي به سياهي وارد كرده است . تابشي كه به اين ترتيب از سياهچاله گسيل مي شود ، تابش هاوكينگ ناميده مي شود . تابش هاوكينگ اين معني را مي‌دهد كه يك سياهچاله مي تواند كوچك شده و در نهايت كاملاً از بين برود چيزي كه يك مفهوم واقعاً اساسي است‌.

اگر در آشنايي با تلاشي نوترون و همين طور تابش هاوكينگ دقت مي كرديد مي فهميديد كه قانون بقاي انرژي به گونه اي در آن ها نقض شده است هر چند كه در مورد وجود اين پديده در خود اين نظريات تبصره هايي آمده اما همان اصل مطلب را دچار تغيير چنداني نكرده است . پس نقض شدن قانون بقاي انرژي موضوعي نيست كه به راحتي از كنار آن گذشت و در آينده جاي دارد بيشتر در اين باره آزمايش و تحقيق شود .