Kvantmehaanika järgi pole vaakum lihtsalt tühi ruum. Tegelikult on see täidetud kvantenergia ja osakestega, pisikesed osakesed ilmuvad pidevalt ja kaovad niisama, jättes endast jälje signaalide kujul, mida me kutsume kvantkõikumisteks. Aastakümneid eksisteerisid need kõikumised ainult meie kvantteooriates, kuni 2015. aastal teatasid teadlased, et nad olid need otseselt tuvastanud ja määranud. Ja nüüd väidab sama teadlaste meeskond, et nad on oma uurimistöös palju kaugemale jõudnud - nad suutsid ise vaakumiga manipuleerida ja määrata nende salapäraste signaalide muutused tühjusest.
Siia jõuame kõrgetasemelise füüsika territooriumile, kuid mis veelgi olulisem, kui kinnitatakse eksperimendi tulemused, millest täna räägime, siis on täiesti võimalik, et see tähendab, et teadlased on avastanud uue viisi kvantreaalsuse vaatlemiseks, koostoimimiseks ja praktilisteks katseteks, ilma et oleks vaja sekkuda. tema. Viimane on eriti oluline, kuna kvantmehaanika üks suurimaid probleeme - ja meie arusaam sellest - on see, et iga kord, kui proovime kvantsüsteemi mõõta või isegi lihtsalt jälgida, hävitame selle selle mõjul selle. Nagu võite ette kujutada, ei sobi see tegelikult meie sooviga välja selgitada, mis selles kvantmaailmas tegelikult toimub.
Ja just sellest hetkest tuleb appi kvantvaakum. Kuid enne jätkamist tuletagem korraks meelde, milline on vaakum klassikalise füüsika vaatevinklist. Siin esindab ta ruumi, milles puudub täielikult ükskõik milline aine ja mis sisaldab väikseima energiaga energiaid. Siin pole osakesi, mis tähendab, et miski ei saa puhast füüsikat häirida ega moonutada.
Kvantmehaanika ühe kõige põhilisema põhimõtte - Heisenbergi määramatuse printsiibi - üks järeldus seab kvantosakeste vaatlemise täpsusele piiri. Samuti ei ole selle põhimõtte kohaselt vaakum tühi ruum. See on täidetud energiaga, samuti osakestevastaste osakeste paaridega, mis ilmuvad ja kaovad juhuslikult. Need osakesed on pigem virtuaalsed kui füüsiliselt olulised, mistõttu ei saa te neid tuvastada. Kuid kuigi nad jäävad nähtamatuks, nagu enamik kvantmaailma objekte, mõjutavad nad ka reaalset maailma.
Need kvantkõikumised loovad juhuslikult kõikuvaid elektrivälju, mis võivad elektronidele mõjuda. Ja just tänu sellele efektile demonstreerisid teadlased 1940. aastatel kaudselt oma olemasolu.
Järgnevate aastakümnete jooksul oli see ainus asi, mida me nende kõikumiste kohta teadsime. Kuid 2015. aastal ütles Saksamaa Konstanzi ülikooli Alfred Leitenstorferi juhitud füüsikute grupp, et nad suudavad neid kõikumisi otse kindlaks teha, jälgides nende mõju kergele lainele. Teadlaste töö tulemused avaldati ajakirjas Science.
Teadlased kasutasid oma töös lühikese lainega laserimpulsse, mis kestsid vaid mõni femtosekundit ja mille nad saatsid vaakumisse. Teadlased hakkasid märkama peeneid muutusi valguse polarisatsioonis. Teadlaste sõnul põhjustasid need muutused otseselt kvant kõikumised. Vaatluste tulemus tekitab kindlasti poleemikat enam kui üks kord, kuid teadlased otsustasid viia oma eksperimendi uuele tasemele, vaakumi "kokku surudes". Kuid ka seekord hakkasid nad jälgima kummalisi muutusi kvant kõikumises. Selgub, et see eksperiment ei osutunud mitte ainult nende kvant kõikumiste olemasolu järjekordseks kinnituseks - siin võime juba rääkida tõsiasjast, et teadlased on avastanud viisi, kuidas kvantmaailmas katse kulgu jälgida, ilma et see mõjutaks lõpptulemust,mis igal juhul hävitaks vaadeldava objekti kvant oleku.
"Saame kvant olekuid analüüsida, ilma et neid esimesel vaatlusel muudetaks," kommenteerib Leitenstorfer.
Reklaamvideo:
Tavaliselt, kui soovite jälgida kvant kõikumiste mõju konkreetsele valguse osakesele, peate kõigepealt need osakesed tuvastama ja isoleerima. See omakorda eemaldab nende footonite "kvantallkirja". Sarnase eksperimendi viis teadlaste meeskond läbi 2015. aastal.
Uue eksperimendi osana vaatlesid teadlased kvoodikõikumiste muutuste jälgimise asemel valguse footoneid neelates või võimendades valgust ise ajaliselt. See võib kõlada kummaliselt, kuid vaakumis toimib ruum ja aeg nii, et ühe jälgimine võimaldab teil teise kohta rohkem teada saada. Sellist tähelepanekut tehes leidsid teadlased, et vaakumi "kokkusurumisel" toimus see "kokkusurumine" täpselt samamoodi, nagu see juhtub õhupalli kokkusurumisel, millele lisanduvad ainult kvant kõikumised.
Mingil hetkel muutusid need kõikumised tihendamata vaakumi taustmürast tugevamaks, mõnel pool vastupidi - nõrgemaks. Leitenstorfer annab analoogi liiklusummikust, mis liigub läbi kitsa teepinna: aja jooksul hõivavad nende sõiduradade autod sama raja, et läbi kitsa ruumi pigistada, ja lähevad siis oma radadele tagasi. Teatud määral juhtub teadlaste tähelepanekute kohaselt sama ka vaakumis: vaakumi kokkusurumine ühes kohas viib kvantkõikumiste muutuste jaotumiseni teistes kohtades. Ja need muutused võivad kas kiireneda või aeglustuda.
Seda mõju saab mõõta ruumi-aja jooksul, nagu on näidatud alloleval graafikul. Kujutise keskel olev parabool tähistab vaakumis "kokkusurumise" punkti:
Selle tihendamise tulemus, nagu võib näha samast pildist, on kõikumiste "vajumine". Teadlaste jaoks polnud mitte vähem üllatav tähelepanek, et kõikumiste võimsuse tase mõnes kohas oli madalam kui taustmüra tase, mis omakorda on madalam kui tühja ruumi põhiseisund.
"Kuna uus mõõtmismeetod ei hõlma footonite hõivamist ega võimendamist, on olemas võimalus vaakumis otseselt tuvastada ja jälgida elektromagnetilist taustmüra, samuti teadlaste loodud kontrollitud olekute hälbeid," seisab uuringus.
Teadlased katsetavad praegu oma mõõtmismeetodi täpsust ja proovivad välja mõelda, mida see tegelikult teha saab. Vaatamata selle töö niigi enam kui muljetavaldavatele tulemustele on siiski võimalus, et teadlased on välja pakkunud niinimetatud "veenematu mõõtmismeetodi", mis võib-olla suudab mitte rikkuda objektide kvantseisundeid, kuid samal ajal ei suuda teadlastele seda veel öelda umbes ühe või teise kvantisüsteemi kohta.
Kui meetod töötab, siis tahavad teadlased seda kasutada "valguse kvantoleku" mõõtmiseks - valguse nähtamatuks käitumiseks kvanttasandil, millest me alles aru saame. Edasine töö nõuab siiski täiendavat kontrollimist - Constance'i ülikooli teadlaste meeskonna avastamise tulemuste kordamine ja seeläbi kavandatud mõõtmismeetodi sobivuse tõendamine.
NIKOLAY KHIZHNYAK
