Kvanttimekaniikan mukaan tyhjiö ei ole vain tyhjää tilaa. Itse asiassa se on täynnä kvanttienergiaa ja hiukkasia, pieniä hiukkasia, jotka jatkuvasti ilmestyvät ja katoavat juuri niin, jättäen jäljen jäljen signaalien muodossa, joita kutsumme kvanttivaihteluiksi. Vuosikymmenien ajan nämä vaihtelut olivat olemassa vain kvantiteorioissamme, kunnes vuonna 2015 tutkijat ilmoittivat havainneensa ja määrittäneet ne suoraan. Ja nyt sama tutkijaryhmä väittää, että he ovat edenneet tutkimuksessaan paljon enemmän - he pystyivät manipuloimaan itse tyhjiötä ja määrittämään muutokset näissä salaperäisissä signaaleissa tyhjästä.
Täällä pääsemme korkean tason fysiikan alueelle, mutta mikä vielä tärkeämpää, jos tänään kovatut kokeilun tulokset vahvistetaan, on täysin mahdollista, että tämä tarkoittaa, että tutkijat ovat löytäneet uuden tavan tarkkailla, vuorovaikutuksessa ja käytännössä testata kvantitodellisuutta häiritsemättä hänen. Jälkimmäinen on erityisen tärkeä, koska kvanttimekaniikan suurimpia ongelmia - ja ymmärryksemme siitä - on, että joka kerta kun yritämme mitata tai jopa yksinkertaisesti tarkkailla kvanttijärjestelmää, tuhoamme sen tällä vaikutuksella. Kuten voitte kuvitella, tämä ei todellakaan sovi yhteen haluamme selvittää, mikä todella tapahtuu tässä kvantimaailmassa.
Ja juuri tästä hetkestä lähtien kvantti tyhjiö tulee pelastamaan. Mutta ennen kuin siirrymme eteenpäin, muistakaamme lyhyesti, mikä tyhjiö on klassisen fysiikan näkökulmasta. Tässä hän edustaa tilaa, jolla ei ole mitään ainetta ja joka sisältää pienimmän energian energioita. Täällä ei ole hiukkasia, mikä tarkoittaa, että mikään ei voi häiritä tai vääristää puhdasta fysiikkaa.
Yksi kvanttimekaniikan perusperiaatteiden - Heisenbergin epävarmuusperiaate - päätelmistä asettaa rajan kvanttihiukkasten tarkkailun tarkkuudelle. Tämän periaatteen mukaan tyhjiö ei ole myöskään tyhjä tila. Se on täynnä energiaa, samoin kuin paria hiukkasten vastaisia hiukkasia, jotka ilmestyvät ja katoavat sattumanvaraisesti. Nämä hiukkaset ovat pikemminkin "virtuaalisia" kuin fyysisesti aineellisia, minkä vuoksi et pysty tunnistamaan niitä. Mutta vaikka ne ovatkin näkymättömiä, kuten suurin osa kvantimaailman esineistä, ne vaikuttavat myös todelliseen maailmaan.
Nämä kvanttivaihtelut luovat satunnaisesti heilahtelevia sähkökenttiä, jotka voivat toimia elektroniin. Ja juuri tämän vaikutuksen ansiosta tutkijat osoittivat epäsuorasti olemassaolonsa 1940-luvulla.
Seuraavien vuosikymmenien aikana tämä oli ainoa asia, jonka tiesimme näistä heilahteluista. Kuitenkin vuonna 2015 fyysikkojen ryhmä, jota johti Alfred Leitenstorfer Saksan Konstanssin yliopistosta, kertoi voivansa suoraan määrittää nämä vaihtelut tarkkailemalla niiden vaikutusta valoaaltoon. Tutkijoiden työn tulokset julkaistiin Science-lehdessä.
Tutkijat käyttivät työssään lyhytaaltolaserpulsseja, jotka kestävät vain muutaman femtosekunnin, jotka he lähettivät tyhjiöön. Tutkijat alkoivat huomata hienoisia muutoksia valon polarisaatiossa. Tutkijoiden mukaan nämä muutokset johtuivat suoraan kvanttivaihteluista. Havaintojen tulos aiheuttaa varmasti kiistanalaisia useammin kuin kerran, mutta tutkijat päättivät viedä kokeilun uudelle tasolle "puristamalla" tyhjiötä. Mutta myös tällä kertaa he alkoivat tarkkailla omituisia muutoksia kvanttivaihteluissa. Osoittautuu, että tämä kokeilu ei osoittautunut vain jälleen kerran vahvistuksena näiden kvanttivaihtelujen olemassaololle - täällä voidaan jo puhua siitä, että tutkijat ovat löytäneet tavan seurata kokeen kulkua kvantimaailmassa vaikuttamatta lopputulokseen,joka muussa tapauksessa tuhoaisi havaitun kohteen kvanttitilan.
"Voimme analysoida kvantitilat muuttamatta niitä ensimmäisessä havainnossa", Leitenstorfer kommentoi.
Mainosvideo:
Tyypillisesti, kun haluat jäljittää kvanttivaihtelujen vaikutuksen tiettyyn valopartikkeliin, sinun on ensin havaittava ja eristettävä nämä hiukkaset. Tämä puolestaan poistaa näiden fotonien "kvanttien allekirjoituksen". Tutkijaryhmä teki samanlaisen kokeen vuonna 2015.
Osana uutta koetta tutkijat havaitsivat sen sijaan, että havaitsisivat kvanttiheilahtelujen muutoksia absorboimalla tai vahvistamalla valon fotoneja. Se voi kuulostaa oudolta, mutta tyhjiössä tila ja aika toimivat siten, että yhden havaitseminen antaa sinulle mahdollisuuden oppia lisää toisesta. Tehdessään tällaisen havainnon, tutkijat havaitsivat, että kun tyhjiö "puristettiin", tämä "puristus" tapahtui täsmälleen samalla tavalla kuin tapahtuu, kun pallo puristetaan, ja siihen liittyy vain kvanttivaihteluita.
Jossain vaiheessa nämä vaihtelut vahvistuivat pakkaamattoman tyhjiön taustamelua kohti, ja joissain kohdissa päinvastoin, he olivat heikompia. Leitenstorfer antaa analogian liikenneruuhkasta, joka liikkuu kapean tien läpi: ajan myötä niiden kaistojen autot vievät samaa kaistaa puristaakseen kapean tilan läpi ja palata sitten takaisin kaistoilleen. Tieteellisessä määrin tutkijoiden havaintojen mukaan sama tapahtuu tyhjiössä: tyhjiön puristaminen yhteen paikkaan johtaa kvanttivaihtelujen muutosten jakautumiseen muissa paikoissa. Ja nämä muutokset voivat joko nopeuttaa tai hidastaa.
Tämä vaikutus voidaan mitata avaruusajassa alla olevan kaavion mukaisesti. Kuvan keskellä oleva parabooli edustaa "puristuksen" pistettä tyhjössä:
Tämän pakkauksen tulos, kuten voidaan nähdä samasta kuvasta, on "heikentynyt" heilahteluissa. Tutkijoiden kannalta yhtä yllättävää oli havainto, että heilahtelujen tehotaso oli joissain paikoissa alhaisempi kuin taustamelu, joka puolestaan on alhaisempi kuin tyhjän tilan pohjatila.
"Koska uusi mittausmenetelmä ei sisällä fotonien sieppaamista tai vahvistusta, on olemassa mahdollisuus suoraan havaita ja havaita sähkömagneettista taustamelua tyhjössä sekä tutkijoiden luomien tilojen hallittuja poikkeamia", tutkimus totesi.
Tutkijat testaavat parhaillaan mittausmenetelmänsä tarkkuutta ja yrittävät selvittää, mitä se todella voi tehdä. Huolimatta tämän työn jo yli vaikuttavasta tuloksesta on edelleen mahdollista, että tutkijat ovat keksineet niin kutsutun "epäluotettavan mittausmenetelmän", joka ehkä kykenee olemaan rikkomatta esineiden kvanttitiloja, mutta samalla ei pysty kertomaan tutkijoille enemmän noin yhdestä tai toisesta kvantijärjestelmästä.
Jos menetelmä toimii, niin tutkijat haluavat käyttää sitä "valon kvanttilan" mittaamiseen - valon näkymättömään käyttäytymiseen kvantitasolla, jota olemme vasta alkamassa ymmärtää. Jatkotyö vaatii kuitenkin lisävarmennusta - tutkia tutkijaryhmän löytämiä tuloksia Constancen yliopistosta ja siten osoittaa ehdotetun mittausmenetelmän soveltuvuus.
NIKOLAY KHIZHNYAK
