ما هي الشحنة الكهربائية الكلية للكون؟

من المستحيل قياس الشحنة الكهربائية الكلية للكون بشكل قاطع لأن الكون لا نهائي. ومع ذلك، يبدو أن قوانين الفيزياء، واستقراء القياسات المحلية، والتفكير البسيط تخبرنا جميعًا أن الشحنة الكهربية الإجمالية للكون هي الصفر تمامًا. بمعنى آخر، هناك شحنة كهربائية موجبة في الكون تمامًا مثل شحنة كهربائية سالبة. السبب النظري للتوصل إلى هذا الاستنتاج هو قانون حفظ الرسوم. بسبب بعض التماثلات في بنية الكون، يتم الاحتفاظ دائمًا بالشحنة الكهربائية الكلية للنظام المعزول. هذا يعني أن الشحنة الكلية للنظام المعزول هي نفسها في جميع النقاط الزمنية. يعد قانون حفظ الرسوم قانونًا أساسيًا صارمًا وعالميًا. في آلاف إلى ملايين التجارب المختلفة، لم يُلاحظ أبدًا أن هذا القانون قد انتهك، ولا حتى مرة واحدة. علاوة على ذلك، فإن هذا القانون هو الطريقة المنطقية الوحيدة لشرح العالم من حولنا. باختصار، هذا القانون منطقي.

لا يعني قانون حفظ الرسوم أنه لا يمكن إنشاء الشحنة الكهربائية أو إتلافها. هذا يعني فقط أنه في كل مرة يتم فيها إنشاء شحنة كهربائية سالبة، يجب إنشاء كمية مساوية من شحنة كهربائية موجبة في نفس الوقت حتى لا يتغير الشحن الكلي للنظام. على سبيل المثال، في ظاهرة إنتاج الزوجين المفهومة جيدًا، يتحول شعاع جاما (وهو شكل من أشكال الطاقة العالية للضوء) إلى جسيم مادة منتظم وجسيم مضاد للمادة المضادة هو نظير جسيم المادة المعتاد. نظرًا لأن جسيم المادة المضادة له دائمًا الشحنة الكهربائية المقابلة لنظيره في المادة العادية، تكون الشحنة الكلية للجزيئين صفرًا. لذلك لا يغير إنتاج الزوج الشحنة الكهربية الكلية للنظام وبالتالي فهو مسموح به بموجب قانون حفظ الرسوم. وكمثال أكثر تحديداً على ذلك يمكن أن تتحول شعاع جاما إلى إلكترون ومضاد للإلكترون (أي بوزيترون). يحتوي الإلكترون على شحنة كهربائية قدرها -1 والبوزيترون له شحنة إلكترونية بقيمة +1. إجمالي الشحنة التي تمت إضافتها إلى النظام عن طريق إنشاء الإلكترون والبوزيترون هي: + 1-1 = 0. النقطة المهمة هي أن قانون الحفاظ على الرسوم يفرض علينا حقيقة أنه في كل مرة يتم إنشاء إلكترون من أشعة غاما، يجب أيضا إنشاء بوزيترون. وبهذه الطريقة يمكن إنشاء الشحنة الكهربائية وتدميرها بينما تظل الشحنة الكلية للنظام ثابتة. يُلاحظ بشكل روتيني إنتاج الزوج في المختبر وفي قياسات الدشات الهوائية للأشعة الكونية في الغلاف الجوي.
إذن ما علاقة حفظ الشحنة بالشحنة الكلية للكون؟ وفقًا للعلم الحديث، بدأ الكون بالانفجار من لا شيء فيما يسميه العلماء الانفجار الكبير. منذ أن بدأ الكون كشيء، بدأ مع صفر شحنة كهربائية. لذلك ، يخبرنا قانون حفظ الرسوم بأنه لا يزال يجب أن يكون للكون شحنة كهربائية إجمالية قدرها صفر.
هذا منطقي من وجهة نظر رصدية. القوة الكهرومغناطيسية لها مجموعة طويلة مثل قوة الجاذبية وأقوى بكثير من الجاذبية. السبب في أن القوة الكهرومغناطيسية لا تلعب الكثير من الدور على المقياس الفلكي هو أن النجوم والكواكب لها شحنة كهربائية إجمالية قدرها صفر. إذا كانت الأرض والشمس لهما شحنة كهربائية كبيرة، فسيكون التنافر الكهرومغناطيسي بينهما أقوى بكثير من الجاذبية بينهما. في مثل هذه الحالة، لن تدور الأرض حول الشمس ولكن سيتم إلقائها من النظام الشمسي. حقيقة أن الأقمار تشكل مدارات مستقرة حول الكواكب، والكواكب تشكل مدارات مستقرة حول النجوم، والنجوم تشكل مدارات مستقرة حول مراكز المجرة هي دليل ملاحظ مباشر على أن الأقمار والكواكب والنجوم كلها تحمل شحنة كهربائية إجمالية قدرها صفر. نظرًا لأن الأقمار والكواكب والنجوم هي الأشياء التي تشكل الكون ، فمن المنطقي أن نستنتج أن الكون لديه بالتالي شحنة كهربائية إجمالية قدرها صفر.