دانشمندان برای نخستین‌بار شبیه‌سازی کردند که چگونه می‌توان از خلاء کوانتومی نور تولید کرد
در اتفاقی شگفت‌انگیز و تاریخی در دنیای فیزیک، گروهی از دانشمندان موفق شده‌اند با استفاده از شبیه‌سازی‌های پیچیده، نشان دهند نور می‌تواند از تاریکی مطلق و فضای به‌ظاهر خالی به‌وجود آید. این کشف نظری، یکی از پیش‌بینی‌های بنیادی مکانیک کوانتومی را به شکل ملموس و مدل‌سازی‌شده به تصویر کشیده است.
خلاء کوانتومی: فضای خالی‌ای که واقعاً خالی نیست
در نگاه اول، خلا یا فضای خالی، خالی به نظر می‌رسد. اما طبق نظریه الکترودینامیک کوانتومی (QED)، این فضا پر از ذرات مجازی و نوسانات انرژی بسیار کوتاه‌عمر است که دائماً در حال پدید آمدن و ناپدید شدن هستند. به همین دلیل، حتی «تاریکی» مطلق هم می‌تواند بستری برای بروز پدیده‌هایی عجیب و فوق‌العاده مانند خلق نور باشد.
شبیه‌سازی پدیده خلق نور از هیچ
محققان دانشگاه آکسفورد و مؤسسه فنی لیسبون با استفاده از نسخه‌ای پیشرفته از نرم‌افزار OSIRIS، برای نخستین‌بار پدیده‌ای به نام ترکیب چهار-موجی خلاء (Vacuum Four-Wave Mixing) را شبیه‌سازی کردند.
این فرایند چگونه رخ می‌دهد؟
- سه پرتو لیزر فوق‌العاده قوی در یک نقطه از فضای خالی با هم تلاقی می‌کنند.
- برخورد این لیزرها، میدانی الکترومغناطیسی بسیار پرقدرت ایجاد می‌کند.
- این میدان، ذرات مجازی الکترون-پوزیترون در خلاء را «قطبی» کرده و انرژی آن‌ها را بالا می‌برد.
- حاصل این برهم‌کنش پیچیده، برخورد فوتون‌ها با یکدیگر و خلق یک پرتو لیزر چهارم کاملاً جدید از دل فضای تاریک و به ظاهر خالی است.
چرا این دستاورد اهمیت دارد؟
این شبیه‌سازی زمانی انجام شد که نسل جدیدی از لیزرهای چند پتاواتی مانند Vulcan 20-20 در بریتانیا، ELI در اروپا و OPAL در آمریکا راه‌اندازی شده‌اند. این لیزرها قدرت لازم برای اجرای چنین آزمایش‌هایی را در محیط واقعی فراهم می‌کنند؛ به همین دلیل انتظار می‌رود که در آینده‌ی نزدیک، این پدیده به‌صورت تجربی نیز مشاهده شود.
کاربردهای گسترده در فیزیک و کیهان‌شناسی
به گفته‌ی پروفسور لوئیس سیلوا، این دستاورد نه‌تنها به درک عمیق‌تر ما از فیزیک بنیادی کمک می‌کند، بلکه افق‌های تازه‌ای را در جستجوی ذرات جدید و مرموز مانند آکسیون‌ها و ماده تاریک باز می‌کند. این ذرات فرضی، نقش مهمی در نظریه‌های مربوط به ماهیت کیهان دارند و ابزار شبیه‌سازی جدید می‌تواند در مسیر کشف آن‌ها حیاتی باشد.
جمع‌بندی
برای نخستین‌بار، دانشمندان با بهره‌گیری از پیشرفته‌ترین ابزارهای شبیه‌سازی، فرایند خلق نور از خلاء کوانتومی را به‌طور کامل مدل‌سازی کردند. این کشف، یک گام مهم در تحقق آزمایش‌های تجربی آینده و درک پدیده‌هایی است که تاکنون فقط در حد نظریه باقی مانده بودند.
آینده فیزیک کوانتوم ممکن است روشن‌تر از همیشه باشد—حتی اگر از دل تاریکی آغاز شود.
