في المشهد الشاسع وغير المرئي لنظرية المجال الكمي، لا يكون الكون مسرحًا ثابتًا بل بحرًا ديناميكيًا من الطاقة. أحيانًا، يستقر هذا البحر في حالة تبدو مستقرة لكنها في الواقع غير مستقرة، مثل كرة تستقر في منخفض ضحل على جانب تلة. يسمي الفيزيائيون هذه الحالة "الفراغ الزائف". وبينما يبدو هذا الفراغ صلبًا، إلا أن هناك حالة أدنى وأكثر استقرارًا توجد في مكان قريب، تُعرف باسم "الفراغ الحقيقي". وإذا سقط الكون من الحالة الزائفة إلى الحالة الحقيقية، فسيؤدي ذلك إلى إطلاق انتقال طوري من الدرجة الأولى، وهو حدث كوني يمكن أن يعيد تشكيل قوانين الفيزياء كما نعرفها. لا يحدث هذا الانتقال في كل مكان في وقت واحد؛ بل يبدأ بحدث مجهري نادر حيث تظهر فجأة فقاعة صغيرة من الفراغ الجديد الحقيقي داخل الفراغ القدز الزائف. وبمجرد تشكلها، تتمدد هذه الفقاعة بسرعة تقارب سرعة الضوء، لتلتهم الحالة القديمة وتحولها إلى الحالة الجديدة. ولعقود من الزمن، كان التصور القياسي لهذا الميلاد بسيطًا للغاية: فقاعة كروية مثالية تظهر فجأة، ساكنة تمامًا، وبشكل تحدده قوانين التماثل.

ومع ذلك، تشير دراسة جديدة أجراها باحثون من معهد وايزمان للعلوم ومدرسة سكولا نورمالي سوبريوري في بيزا إلى أن هذه الكرة المثالية ليست سوى تقريب، أو خطًا عريضًا لواقع أكثر تعقيدًا بكثير. فمن خلال التحديق في ميكانيكا الكم في اللحظة التي تولد فيها الفقاعة، اكتشف الفريق أن الفقاعة ليست مستديرة تمامًا أبدًا. بدلاً من ذلك، فإن سطحها خشن ومتذبذب بطبيعته، ويهتز بنوع معين من الاضطراب الكمي. وقد حسب الباحثون الشكل الدقيق لهذا الاهتزاز، ووجدوا أن جدار الفقاعة ليس خطًا واحدًا ثابتًا، بل هو سحابة من الاحتمالات، ومجموعة إحصائية من التقلبات التي تكسر التماثل المثالي للكرة.

لفهم ما وجدوه، يجب على المرء أن ينظر إلى كيفية وصف هذه الفقاعات في الفيزياء. تتعامل الطريقة القياسية مع الفقاعة كـ "ارتداد" (bounce)، وهو حل رياضي يمثل المسار الأكثر احتمالًا لحدوث حدث النفق الكمي. في هذه الرؤية، تكون الفقاعة جسمًا مثاليًا واحدًا. لكن ميكانيكا الكم تخبرنا أن لا شيء يكون مجرد شيء واحد أبدًا؛ بل هو دائمًا تراكب للعديد من الاحتمالات. وقد أدرك الباحثون أنه إذا نظرت إلى الفقاعة في اللحظة الدقيقة لإنشائها، فلن ترى كرة واحدة، بل سترى توزيعًا غاوسيًا (توزيع غاوس)، وهي سحابة من الأشكال المحتملة الممركزة حول تلك الكرة المثالية. الفقاعة هي جوهريًا مجموعة من جميع الطرق التي يمكن أن تكون بها مشوهة قليلاً، حيث يكون الشكل الأكثر احتمالًا هو الكرة، ولكن مع احتمالية كبيرة لأن تكون مضغوطة أو ممتدة قليلاً.

ركز الفريق على قياس "عزم رباعي الأقطاب" لهذه الفقاعة، وهي طريقة تقنية لوصف مدى انحراف الفقاعة عن كونها كرة مثالية. تخيل كرة مضغوطة قليلاً مثل كرة الرغبي؛ هذا هو التشوه رباعي الأقطاب. وقد حسب الباحثون الحجم التربيعي المتوسط لهذا التشوه، وهو مقياس إحصائي لمدى ابتعاد الجدار عن موضعه المتوسط. ووجدوا أن حجم هذا التذبذب يعتمد على نسبة محددة تتضمن الطاقة المطلوبة لإنشاء الفقاعة وثابت أساسي من ثوابت الطبيعة. بالنسبة لانتقال كوني نموذجي، حيث تكون حاجز الطاقة مرتفعًا ولكنه ليس لانهائيًا، فإن جدار الفقاعة ليس أملسًا على الإطلاق. بدلاً من ذلك، فهو خشن، مع تشوه نسبي يبلغ حوالي عشرة بالمائة. وهذا يعني أنه لو استطعت تجميد الزمن في لحظة الميلاد والتقاط صورة للفقاعة، فسيبدو سطحها متعرجًا بشكل ملحوظ، ليس مثل رخامة مصقولة، بل مثل كرة غير منتظمة ونتوءية.

يتحدى هذا الاكتشاف الافتراض الذي ساد لفترة طويلة بأن الفقاعة تكون كروية تمامًا في لحظة النواة. فقد أظهر الباحثون أن الكرة المثالية ليست سوى الحد الرئيسي في توسع رياضي، أي التقريب الأول. وتكشف المستوى التالي من التفاصيل أن الفقاعة هي في الواقع مجموعة غاوسية من التقلبات. لقد اشتقوا دالة موجية محددة تصف حالة المجال في اللحظة التي تظهر فيها الفقاعة، مما يظهر أن المجال ليس ثابتًا بل هو توزيع احتمالي. هذا التوزيع ممركز حول الشكل الكروي، ولكن له عرض، وهذا العرض يتوافق مع الخشونة الفيزيائية لجدار الفقاعة. وتؤكد الدراسة أنه لا توجد فقاعة ناتجة عن النواة كروية تمامًا؛ فكل فقاعة مشوهة قليلًا بفعل التقلبات الكمية.

استكشف الباحثون أيضًا كيف يتصرف هذا الخشونة في سيناريوهات مختلفة. في الحالات التي يكون فيها جدار الفقاعة رقيقًا جدًا، يهيمن التشوه على حركة الجدار نفسه، مثل غشاء يهتز. وفي الحالات التي يكون فيها الجدار سميكًا أو الفراغ خفيفًا جدًا، تأتي التقلبات من المجال الممتد بعيدًا وراء الجدار. وفي كل هذه الحالات، تظل النتيجة كما هي: الفقاعة ليست جسمًا هندسيًا مثاليًا. قدم الفريق أمثلة ملموسة باستخدام أنواع مختلفة من جهود الطاقة، مما يظهر أن التشوه بنسبة عشرة بالمائة هو نتيجة قوية لمجموعة واسعة من النماذج الكونية. حتى أنهم أنشأوا تصورات لما يبدو عليه شكل فقاعة واحدة من هذه السحابة من الاحتمالات، حيث أظهرت كرة مشوهة بشكل مرئي، حيث يتفاوت نصف قطرها بمقدار كبير عبر سطحها.

لماذا يهم هذا الأمر؟ بينما تكون الفقاعة نفسها مجهرية في لحظة الولادة، يُعتقد أن نموها اللاحق وتصادمها مع الفقاعات الأخرى يولد موجات جاذبية، وهي تموجات في نسيج الزمكان قد نتمكن من رصدها بواسطة مراصد مستقبلية. شكل الفقاعة عند الولادة يؤثر على كيفية تطورها وكيفية تفاعلها مع الفقاعات الأخرى. إذا لم تكن الفقاعات كروية تمامًا، فقد يكون تصادمها أكثر تعقيدًا، مما قد يغير إشارة موجات الجاذبية التي نأمل في رصدها. تشير الدراسة إلى أن "ضجيج" التقلبات الكمية ليس مجرد تفصيل ثانوي، بل هو سمة أساسية لوجود الفقاعة. فالفقاعة تولد خشنة، وهذا الخشونة هي نتيجة مباشرة للطبيعة الكمية للكون.

حسب الباحثون أنه بالنسبة لانتقال نموذجي في الكون المبكر، فإن التشوه النسبي لجدار الفقاعة يبلغ حوالي عُشر نصف قطرها. وهذا تأثير كبير في عالم الفيزياء الكمية، حيث غالبًا ما تكون التقلبات ضئيلة. وهذا يعني أن "الكرة المثالية" هي تبسيط مفيد لحساب معدل تشكل الفقاعات، لكنها وصف سيئ لما تبدو عليه الفقاعة بالفعل. الفقاعة هي كائن كمي، ومثل جميع الكائنات الكمية، ترفض أن تُحصر في شكل واحد حاد. إنها توجد كسحابة من الاحتمالات، والشكل الأكثر احتمالًا ليس كرة ملساء، بل كرة متذبذبة ونتوئية قليلاً.

يوفر هذا العمل مجهرًا جديدًا للنظر في ولادة الفقاعات الكونية. إنه يتجاوز الصورة البسيطة لظهور كرة من العدم ويستبدلها بوصف أغنى وأكثر دقة لحدث كمي. الفقاعة ليست جسمًا ثابتًا ينتظر النمو؛ بل هي كيان ديناميكي متذبذب منذ اللحظة الأولى. لقد أظهر الباحثون أن الكون، حتى في أكثر انتقالاته عنفًا، يحتفظ ببصمة لأصوله الكمية في الشكل ذاته للفقاعات التي يخلقها. في المرة القادمة التي نبحث فيها عن أصداء هذه الأحداث في خلفية موجات الجاذبية، يجب أن نتذكر أن الفقاعات التي نحاول رصدها لم تكن أبدًا كرات مثالية في الأصل. لقد ولدت خشنة، وهذا الخشونة جزء أساسي من قصتها.