Fysikere Har Undersøgt "fuldstændig Tomhed" Og Bevist, At Der Er Noget I Det - Alternativ Visning

Fysikere Har Undersøgt "fuldstændig Tomhed" Og Bevist, At Der Er Noget I Det - Alternativ Visning
Fysikere Har Undersøgt "fuldstændig Tomhed" Og Bevist, At Der Er Noget I Det - Alternativ Visning

Video: Fysikere Har Undersøgt "fuldstændig Tomhed" Og Bevist, At Der Er Noget I Det - Alternativ Visning

Video: Fysikere Har Undersøgt "fuldstændig Tomhed" Og Bevist, At Der Er Noget I Det - Alternativ Visning
Video: Kvantemekanik 2024, Marts
Anonim

Ifølge kvantemekanik er vakuum ikke kun tom plads. Faktisk er det fyldt med kvanteenergi og partikler, og små partikler vises konstant og forsvinder lige som det og efterlader et spor i form af signaler, som vi kalder kvantesvingninger. I årtier eksisterede disse udsving kun i vores kvanteteorier, indtil forskere i 2015 meddelte, at de direkte havde opdaget og bestemt dem. Og nu hævder det samme team af videnskabsfolk, at de er kommet langt videre i deres forskning - de var i stand til at manipulere vakuumet selv og bestemme ændringerne i disse mystiske signaler fra tomrummet.

Her indtaster vi fysik på højt niveau, men endnu vigtigere, hvis resultaterne af eksperimentet, som vi vil tale om i dag, bekræftes, er det meget muligt, at dette vil betyde, at forskere har opdaget en ny måde at observere, interagere og praktiske tests af kvantevirkeligheden uden at blande sig med hende. Det sidstnævnte er især vigtigt, fordi et af de største problemer inden for kvantemekanik - og vores forståelse af det - er, at hver gang vi prøver at måle eller endda blot observere et kvantesystem, vil vi ødelægge det ved denne indflydelse. Som du kan forestille dig, stemmer dette ikke rigtig med vores ønske om at finde ud af, hvad der virkelig foregår i denne kvanteverden.

Og det er fra dette øjeblik, at kvantevakuumet redder. Men inden vi går videre, lad os kort huske, hvad et vakuum er fra synspunktet i klassisk fysik. Her repræsenterer han et rum fuldstændig blottet for ethvert stof og indeholder energier i de laveste størrelser. Der er ingen partikler her, hvilket betyder, at intet kan forstyrre eller fordreje ren fysik.

En af konklusionerne fra et af de mest grundlæggende principper for kvantemekanik - Heisenberg-usikkerhedsprincippet - sætter en grænse for nøjagtigheden af observation af kvantepartikler. I henhold til dette princip er vakuumet ikke et tomt rum. Det er fyldt med energi såvel som par antipartikelpartikler, der vises og forsvinder tilfældigt. Disse partikler er "virtuel" snarere end fysisk materiale, hvorfor du ikke kan registrere dem. Men selvom de forbliver usynlige, ligesom de fleste objekter i kvanteverdenen, påvirker de også den virkelige verden.

Disse kvanteudsving skaber tilfældigt svingende elektriske felter, der kan virke på elektroner. Og det er takket være denne virkning, at forskere først indirekte demonstrerede deres eksistens i 1940'erne.

I løbet af de følgende årtier forblev dette det eneste, vi vidste om disse udsving. Imidlertid sagde en gruppe fysikere ledet af Alfred Leitenstorfer fra Universitetet i Konstanz i Tyskland i 2015, at de var i stand til direkte at bestemme disse udsving ved at observere deres virkning på en lysbølge. Resultaterne af forskernes arbejde blev offentliggjort i tidsskriftet Science.

I deres arbejde brugte forskerne kortbølgelaserpulser, der kun varede et par femtosekunder, og som de sendte i et vakuum. Forskere begyndte at bemærke subtile ændringer i polarisering af lys. Ifølge forskerne var disse ændringer direkte forårsaget af kvanteudsving. Resultatet af observationerne vil helt sikkert medføre kontrovers mere end én gang, men forskerne besluttede at tage deres eksperiment til et nyt niveau ved at "komprimere" vakuumet. Men også denne gang begyndte de at observere mærkelige ændringer i kvantesvingninger. Det viser sig, at dette eksperiment ikke kun viste sig at være en anden bekræftelse af eksistensen af disse kvanteudsving - her kan vi allerede tale om det faktum, at forskere har opdaget en måde at observere forløbet af et eksperiment i kvanteverdenen uden at påvirke det endelige resultat.hvilket i ethvert andet tilfælde ville ødelægge kvantetilstanden for det observerede objekt.

”Vi kan analysere kvantetilstande uden at ændre dem ved den første observation,” kommenterer Leitenstorfer.

Salgsfremmende video:

Når du typisk vil spore virkningen af kvantumsvingninger på en bestemt partikel af lys, skal du først registrere og isolere disse partikler. Dette vil igen fjerne "kvantesignaturen" af disse fotoner. Et lignende eksperiment blev udført af et forskerhold i 2015.

Som en del af det nye eksperiment, i stedet for at observere ændringer i kvantumsvingninger ved at absorbere eller forstærke lysets fotoner, observerede forskerne selve lyset med hensyn til tid. Det lyder måske underligt, men i et vakuum fungerer rum og tid på en sådan måde, at man ved at observere den ene med det samme giver dig mulighed for at lære mere om den anden. Ved at foretage en sådan observation fandt forskerne, at når vakuumet blev "komprimeret", forekom denne "komprimering" nøjagtigt det samme, som det sker, når en ballon komprimeres, kun ledsaget af kvanteudsving.

På et tidspunkt blev disse udsving stærkere end baggrundsstøjen i det ukomprimerede vakuum, og nogle steder tværtimod var de svagere. Leitenstorfer giver en analogi af et trafikproblem, der bevæger sig gennem et smalt rum: med tiden besidder biler i deres baner den samme bane for at klemme gennem det smalle rum og går derefter tilbage til deres baner. I henhold til forskernes observationer sker det til en vis grad i et vakuum: komprimering af et vakuum ét sted fører til en fordeling af ændringer i kvanteudsving andre steder. Og disse ændringer kan enten fremskynde eller bremse.

Denne effekt kan måles i rumtid som vist i nedenstående graf. Parabolen i midten af billedet repræsenterer punktet "komprimering" i vakuum:

Image
Image

Resultatet af denne komprimering, som det kan ses på det samme billede, er en vis "forsænkning" i udsvingene. Ikke mindre overraskende for forskere var iagttagelsen af, at strømniveauet for udsvingene nogle steder var lavere end baggrundsstøjniveauet, som til gengæld er lavere end niveauet for tomrums jordtilstand.

"Da den nye målemetode ikke involverer optagelse eller forstærkning af fotoner, er der muligheden for direkte at registrere og observere den elektromagnetiske baggrundsstøj i et vakuum såvel som kontrollerede afvigelser af tilstande skabt af forskerne," siger undersøgelsen.

Forskere tester i øjeblikket nøjagtigheden af deres målemetode og prøver at finde ud af, hvad den faktisk kan gøre. På trods af de allerede mere end imponerende resultater af dette arbejde er der stadig en mulighed for, at forskere er kommet med en såkaldt "overbevisende målemetode", som måske ikke er i stand til at krænke objekternes kvantetilstand, men samtidig ikke er i stand til at fortælle forskere mere om et eller andet kvantesystem.

Hvis metoden fungerer, vil forskere bruge den til at måle "kvantet tilstand af lys" - lysets usynlige opførsel på det kvante niveau, som vi lige er begyndt at forstå. Imidlertid kræver yderligere arbejde yderligere verifikation - replikering af resultaterne af opdagelsen af et team af forskere fra University of Constance og derved demonstrere egnetheden af den foreslåede målemetode.

NIKOLAY KHIZHNYAK

Anbefalet: