فشار كمومي: فقاعات الكون المتحوّل تولد مليئة بالنتوءات

تتنبأ امتدادات كثيرة للنموذج القياسي لفيزياء الجسيمات، كالتوحيد الكبير، والأبعاد الإضافية، والتناظر الفائق، وحلول «مشكلة CP القوية»، بأن الكون المبكر مرّ بـانتقالات طورية من الرتبة الأولى. وفي صيغتها الكمومية، يبدأ التحوّل بحدث نادر: فعبر النفق الكمومي، تظهر فقاعة مجهرية من «الفراغ الحقيقي»، أي الحالة الجديدة الأكثر استقرارًا، في بحر من «الفراغ الزائف». وما إن تولد حتى تنمو بسرعة الضوء أو بسرعة قريبة منها، محوّلةً مناطق شاسعة حتى تسود. وتُعدّ التصادمات بين فقاعات كهذه مصدرًا محتملًا لخلفية من الموجات الثقالية.

كرة الكتب المدرسية

يُحسب معدّل النفق منذ أعمال كولمان (Coleman)، وأعمال كالان (Callan) وكولمان، عام 1977. وتقوم طريقتهم على حلّ يُسمّى الارتداد (bounce)، يعطي أيضًا هيئة الفقاعة عند ولادتها. ويُعتقد أن التشكيلة الأرجح كروية، وهو ما يعني مثلًا أن الفقاعة الوليدة لا يمكنها أن تُصدر موجات ثقالية. ولأن الأحداث الأكثر إثارة تأتي لاحقًا، حين تتمدّد الفقاعات وتندمج، لم تحظَ الولادة نفسها إلا باهتمام ضئيل، وظلّت صورتها غامضة.

قرّر كفير بلوم (Kfir Blum) وعُمري روزنر (Omri Rosner)، من معهد وايزمان للعلوم في إسرائيل، وإيباك فاداكار (Ipak Fadakar) وغيلهيرمي بيمنتل (Guilherme Pimentel)، من المدرسة العليا العادية (Scuola Normale Superiore) والمعهد الوطني للفيزياء النووية (INFN) في بيزا، أن يضعوا «المجهر، إن جاز القول، على الفقاعة الناشئة».

خطوة أبعد من الكرة

يُبيّن الباحثون أن الفقاعة الكروية ليست سوى الحدّ الرئيسي في الحساب. ففي الرتبة التالية، لا يكون الحقل شكلًا واحدًا بل مجموعة غاوسية (Gaussian ensemble): سحابة من الأشكال الممكنة، تتقلّب عشوائيًا حول الكرة، ولكلٍّ منها احتمال قابل للحساب. وكل فقاعة حقيقية هي سحبة واحدة من تلك السحابة، ولا تكاد أيٌّ منها تكون مستديرة تمامًا.

واشتقّ الفريق الحالة الكمومية للحقل لحظة الولادة، وبيّن أن تقلّباتها تتبع الرياضيات نفسها التي استخدمها كالان وكولمان لحساب معدّل الاضمحلال، وقد صار لها الآن معنى احتمالي واضح.

ما مدى الانبعاج؟

لقياس النتوء، حسب الباحثون عزم رباعي الأقطاب (quadrupole moment) للفقاعة، أي الجزء من شكلها الذي يجعلها مجسّمًا ناقصيًا لا كرة. والجواب بسيط على نحو لافت: فالتشوّه النسبي النموذجي للجدار هو

δR/R ∼ (ℏ/S_b)^½،

حيث S_b هو فعل الارتداد (bounce action)، وهو العدد الذي يتحكّم أيضًا في مدى ندرة النفق، وℏ هو ثابت بلانك المختزل. وبالنسبة إلى جدار رقيق، يبلغ المعامل الذي يسبق العبارة نحو 1.2؛ وعبر عائلات النماذج المدروسة، يتراوح بين نحو 1.2 و2.6.

ولكي ينجح انتقال كوني، فتظهر الفقاعات وتملأ الفضاء، يجب أن تقع قيمة S_b/ℏ بين 120 و150 تقريبًا، للانتقالات التي تجري عند درجات حرارة بين 100 GeV و100 TeV. وهذا يعطي تشوّهًا بنحو 10% من نصف القطر لكل نمط.

يسارًا: الارتداد الكروي في الكتب المدرسية. يمينًا: فقاعة واحدة سُحبت عشوائيًا من المجموعة الكمومية، عند S_b/ℏ = 100، معروضة بدقة تبلغ عُشر نصف قطرها؛ وجدارها مُزاح بنسبة 17% من نصف القطر، بحساب جذر متوسط المربعات. — الشكل 1، Blum, Fadakar, Rosner & Pimentel (2026)، arXiv:2610.41504.

وتتغيّر الصورة مع الدقة: فعند النظر بدقة أعلى، يتبيّن أن الجدار خشن على كل المقاييس الواقعة بين نصف قطره وسُمكه هو. أما عزم رباعي الأقطاب، وهو مكوّن واحد من مكوّنات الشكل، فلا يحتاج إلى هذا التحفّظ.

جدران سميكة وفراغات خفيفة

يتحقق البحث بعد ذلك من كيفية اعتماد النتيجة على بنية الفقاعة. فبالنسبة إلى الجدران الرقيقة، لا تكاد الاهتزازات الداخلية للجدار تؤثّر: إذ يكبحها مكعّب النسبة بين سُمك الجدار ونصف القطر. أما في الجدران السميكة، فتُسهم أكثر، رافعةً المعامل إلى نحو 2.6.

التشوّه النسبي لكل نمط، بوحدات (ℏ/S_b)^½، لعائلة من الجهود تمتد من الجدران السميكة (يسارًا) إلى الجدران الرقيقة (يمينًا): النتيجة الكاملة (دوائر) وإزاحة الجدار وحدها (مربعات). والخط المتقطع هو حدّ الجدار الرقيق، 1.206. — الشكل 2، Blum, Fadakar, Rosner & Pimentel (2026)، arXiv:2610.41504.

وحين يكون الفراغ الزائف «خفيفًا»، أي حين تكون جسيماته أخفّ بكثير من مقلوب حجم الفقاعة، يكون للفقاعة ذيل طويل، وتهيمن التقلّبات على امتداد ذلك الذيل، فتعزّز النتيجة بمقدار لوغاريتم نسبة الكتل تلك. ويذكر البحث جهد هيغز في النموذج القياسي نفسه، عند قيم كبيرة جدًا للحقل، بوصفه المثال النموذجي على هذه الحالة.

الفشار والموجات الثقالية

الفقاعة غير المستديرة قد تُشعّ. وقد حسبت دراسة سابقة لبلوم وميربابائي (Mirbabayi) الموجاتِ الثقالية الناتجة عن التقلّبات الكمومية لفقاعة متمدّدة؛ ويستعيد الحساب الجديد حالتها الابتدائية ويوسّعها لتشمل الحقل بأكمله. أما تتبّع الموجات رجوعًا إلى لحظة الولادة ذاتها فمتروك لعمل مستقبلي.

ويشرح ملحق البحث كيف رُسمت الفقاعة المليئة بالنتوءات في الشكل 1، تحت عنوان «صنع الفشار» (Making popcorn). وسطره الأخير: «لا تنسَ إضافة الزبدة والملح».