تتنبأ الحسابات التي تستخدم الجسيمات الافتراضية بالسلوك الغريب للجزيئات دون الذرية مع دقة غريبة لدرجة أن بعض العلماء يعتقدون أنه “يجب أن يكونوا موجودين حقًا”.
الجزيئات الافتراضية ليست حقيقية – فهي تقول ذلك بشكل صحيح في اسمها – ولكن إذا كنت تريد أن تفهم كيف تتفاعل الجزيئات الحقيقية مع بعضها البعض ، فهي لا مفر منها. إنها أدوات أساسية لوصف ثلاث من القوى الموجودة في الطبيعة: الكهرومغناطيسية، و القوي و ضعيف نووي القوات.
متعلق ب: قد يتم أخيرًا حل لغز ميناء مون لمدة 20 عامًا
الجسيمات الحقيقية هي كتل الطاقة التي يمكن “رؤيتها” أو اكتشافها بواسطة الأدوات المناسبة ؛ هذه الميزة هي ما يجعلها يمكن ملاحظتها ، أو حقيقية.
الجسيمات الافتراضية ، من ناحية أخرى ، هي أداة رياضية متطورة ولا يمكن رؤيتها. الفيزيائي ريتشارد فاينمان اخترعهم لوصف التفاعلات بين الجزيئات الحقيقية.
لكن العديد من الفيزيائيين ليسوا مقتنعين بهذا التمييز المقطوع والتجفيف.
على الرغم من أن الباحثين لا يستطيعون اكتشاف هذه الجسيمات الافتراضية ، كأدوات للحساب توقع العديد من الآثار الدقيقة وقد أكدت تلك التجارب الصوتية على 12 مكانًا عشريًا محيرًا في العقل.
هذه الدقة تشبه قياس المسافة بين القطبين الشماليين والجنوبيين إلى أفضل من عرض شعر واحد.
هذا المستوى من الاتفاق بين القياسات والحسابات يجعل الجسيمات الافتراضية أكثر الفكرة فحصها بدقة في العلوم. يجبر بعض الفيزيائيين على السؤال: هل يمكن أن تصبح أداة رياضية حقيقية؟
أداة مسك الدفاتر
الجسيمات الافتراضية هي الأداة التي يستخدمها الفيزيائيون لحساب كيفية عمل القوى في العالم دون الذرية المجهري. القوى حقيقية لأنه يمكن قياسها.
ولكن بدلاً من محاولة حساب القوى مباشرة ، يستخدم الفيزيائيون نظام مسك الدفاتر حيث تحمل الجسيمات الافتراضية قصيرة العمر القوة.
لا تجعل الجسيمات الافتراضية الحسابات أكثر قابلية للإدارة فحسب ، بل إنها أيضًا حل مشكلة طويلة الأمد في الفيزياء: كيف تعمل القوة عبر مساحة فارغة؟
تستغل الجزيئات الافتراضية غموض طبيعي للعالم دون الذري، حيث إذا تعيش هذه الجسيمات سريعة الزوال لفترة وجيزة بما فيه الكفاية ، فيمكنها أيضًا لفترة وجيزة استعارة طاقتهم من مساحة فارغة. خطر توازن الطاقة يخفي هذا الخلل الموجز، والذي يسمح للجزيئات الافتراضية بالتأثير على العالم الحقيقي.
تتمثل إحدى الميزات الكبيرة لهذه الأداة في أن العمليات الرياضية التي تصف القوى بين الجسيمات يمكن تصورها على أنها مخططات. أنها تميل إلى أن تبدو كاريكاتوريات عصرية من الجسيمات ping-pong التي لعبت مع جزيئات افتراضية.
الرسوم البيانية – يطلق عليها اسم مخططات Feynman – يقدم إطارًا بديهيًا ممتازًا ، لكنهم يعطون أيضًا جزيئات افتراضية هالة من الواقع الخداع.
بشكل مثير للدهشة ، تنتج هذه الطريقة الافتراضية القائمة على الجسيمات للحساب بعضًا من التنبؤات الأكثر دقة في كل العلوم.
فحص الواقع
كل المادة مصنوعة من لبنات البناء الأساسية تسمى الذرات. الذرات ، بدورها ، مصنوعة من صغيرة جزيئات مشحونة بشكل إيجابي تسمى البروتونات وجدت في قلبها ، وتحيط بها أصغر الجزيئات المشحونة سلبا تسمى الإلكترونات.
كأستاذ الفيزياء وعلم الفلك في جامعة ولاية ميسيسيبي، أقوم بإجراء تجارب تعتمد غالبًا على فكرة أن الإلكترونات والبروتونات التي تظهر في أدواتنا تتفاعل عن طريق تبديل الجسيمات الافتراضية.
لقد قمت أنا وزملائي بقياس حجم البروتون على وجه التحديد ، من خلال قصف ذرات الهيدروجين مع شعاع من الإلكترونات. يفترض هذا القياس أن الإلكترونات يمكن أن “تشعر” البروتون في وسط ذرة الهيدروجين من خلال تبادل الفوتونات الافتراضية: جزيئات الطاقة الكهرومغناطيسية.
يستخدم الفيزيائيون جزيئات افتراضية لحساب كيفية صد إلكترونين بعضهما البعض ، بدقة رائعة. يتم تمثيل القوى المعنية باعتبارها التأثير المتراكم للفوتونات الافتراضية التداول الإلكترونية.
عندما يتم وضع لوحين معدنيين قريبة للغاية من بعضهما البعض في فراغ ، فإنها تجذب بعضها البعض: يُعرف هذا باسم تأثير كاسيمير. يمكن للفيزيائيين حساب القوة التي تجذب اللوحات معًا باستخدام رياضيات الجسيمات الافتراضية.
سواء كانت الجسيمات الافتراضية موجودة بالفعل أم لا ، تتنبأ الرياضيات بالضبط بما يلاحظه الباحثون في العالم الحقيقي.
هناك تنبؤ غامض آخر تم إجراؤه باستخدام مجموعة أدوات الجسيمات الافتراضية وهو ما يسمى الإشعاع الصقور. عندما تبرز أزواج الجسيمات الافتراضية إلى الوجود على حافة الثقوب السوداء ، وأحيانًا ثقب أسودجاذبية الاستيلاء على شريك واحد بينما يهرب الآخر.
هذا الصدع يتسبب في تبخر الثقب الأسود ببطء. بالرغم من الإشعاع الصقور لم يتم ملاحظته مباشرة ، لقد قام الباحثون مؤخرًا لاحظها بشكل غير مباشر.
خيال مفيد
دعنا نعود إلى السؤال: هل يمكن أن تصبح أداة رياضية حقيقية؟ إذا كان بإمكانك التنبؤ تمامًا بكل شيء عن القوة من خلال تخيلها ، فسيتم تنفيذها بواسطة جزيئات افتراضية ، هل تتأهل هذه الجسيمات على أنها حقيقية؟ هل وضعهم الخيالي مهم؟
يظل الفيزيائيون مقسمين على هذه الأسئلة. يفضل البعض “فقط صمت وحساب” – أحد مزاح فاينمان الشهيرة. في الوقت الحالي ، تعد الجسيمات الافتراضية أفضل طريقة لوصف كيفية تصرف الجسيمات. لكن الباحثين يتطورون طرق بديلة التي لا تحتاجهم على الإطلاق.
إذا نجحت ، فإن هذه الأساليب يمكن أن تجعل الجزيئات الافتراضية تتلاشى من أجل الخير. ناجحة أم لا ، حقيقة أن البدائل موجودة على الإطلاق تشير إلى أن الجزيئات الافتراضية قد تكون خيالًا مفيدًا بدلاً من الحقيقة الجسدية. كما يناسب نمط الثورات السابقة في العلوم – مثال الأثير يتبادر إلى الذهن.
اخترع الفيزيائيون الأثير كوسيلة التي سافرت من خلالها الموجات الخفيفة. تتوافق التجارب بشكل جيد مع الحسابات التي تستخدم هذه الأداة ، ومع ذلك لم يتمكنوا من اكتشافها بالفعل. في النهاية ، أظهرت نظرية آينشتاين النسبية أنها غير ضرورية.
الجزيئات الافتراضية هي مفارقة مذهلة للفيزياء الحديثة. لا ينبغي أن تكون موجودة ، ومع ذلك فهي لا غنى عنها لحساب كل شيء من قوة المغناطيس إلى سلوك الثقوب السوداء.
أنها تمثل معضلة عميقة: في بعض الأحيان تأتي أفضل الأفكار في الواقع من خلال الوهم الذي تم إنشاؤه بعناية. في النهاية ، قد يكون الارتباك حول الجزيئات الافتراضية هو سعر فهم القوى الأساسية.
Dutta تحمل علامة تجاريةأستاذ الفيزياء النووية ، جامعة ولاية ميسيسيبي
تم إعادة نشر هذه المقالة من المحادثة تحت رخصة العموم الإبداعية. اقرأ المقالة الأصلية.
نشر لأول مرة على: www.sciencealert.com
تاريخ النشر: 2025-10-06 04:46:00
الكاتب: Dipangkar Dutta, The Conversation
تنويه من موقع “بتوقيت بيروت”:
تم جلب هذا المحتوى بشكل آلي من المصدر:
www.sciencealert.com
بتاريخ: 2025-10-06 04:46:00.
الآراء والمعلومات الواردة في هذا المقال لا تعبر بالضرورة عن رأي موقع “بتوقيت بيروت”، والمسؤولية الكاملة تقع على عاتق المصدر الأصلي.
ملاحظة: قد يتم استخدام الترجمة الآلية في بعض الأحيان لتوفير هذا المحتوى.
ظهرت المقالة يمكن أن تكون الجسيمات غير الموجودة مفتاحًا لفهم الواقع: Sciencealert أولاً على بتوقيت بيروت | اخبار لبنان والعالم لحظة بلحظة.
