Осылайша бұл бостық бос болудан қалады
Қуыс – көрмесең де, көп нәрсе болатын жер. Дегенмен, нақты не қажет екенін білу үшін соншалықты көп энергия қажет, сондықтан соңғы уақытқа дейін ғалымдар виртуалды бөлшектер әлеміне назар аудару мүмкін емес болып көрінді. Кейбіреулер мұндай жағдайда тоқтаса, басқалары үшін мүмкін емес нәрсе тырысуға ынталандырады.
Кванттық теорияға сәйкес, бос кеңістік болмыс пен болмыстың арасында пульсация жасайтын виртуалды бөлшектермен толтырылады. Сондай-ақ олар мүлдем анықталмайды - егер бізде оларды табу үшін күшті нәрсе болмаса.
«Әдетте, адамдар вакуум туралы айтқанда, олар мүлдем бос нәрсені білдіреді», - деді Гетеборгтағы (Швеция) Чалмерс технологиялық университетінің теориялық физикі Маттиас Марклунд NewScientist журналының қаңтардағы санында.
Лазер ол жерде бәрі бос емес екенін көрсете алады екен.
Статистикалық мағынада электрон
Виртуалды бөлшектер өрістің кванттық теорияларындағы математикалық ұғым болып табылады. Бұл өзара әрекеттесу арқылы қатысуын көрсететін физикалық бөлшектер туралы, бірақ олар массалық қабық принципін бұзады.
Виртуалды бөлшектер Ричард Фейнманның еңбектерінде кездеседі. Оның теориясына сәйкес, әрбір физикалық бөлшек шын мәнінде виртуалды бөлшектердің конгломераты болып табылады. Физикалық электрон шын мәнінде виртуалды фотондарды шығаратын виртуалды электрон болып табылады, олар виртуалды электрон-позитрондық жұптарға ыдырайтын, олар өз кезегінде виртуалды фотондармен әрекеттеседі және т.б. «Физикалық» электрон виртуалды электрондар, позитрондар, фотондар және мүмкін басқа бөлшектер арасындағы үздіксіз әрекеттесу процесі. Электронның «шындығы» статистикалық ұғым. Бұл жиынтықтың қай бөлшегі шынымен шынайы екенін айту мүмкін емес. Бұл барлық бөлшектердің зарядтарының қосындысы электронның зарядына әкелетіні (яғни, қарапайым тілмен айтқанда, виртуалды позитрондардан бір виртуалды электрон көп болуы керек) және массалардың қосындысы екені белгілі. барлық бөлшектер электронның массасын жасайды.
Вакуумда электрон-позитрон жұптары түзіледі. Кез келген оң зарядталған бөлшек, мысалы, протон, осы виртуалды электрондарды тартады және позитрондарды итереді (виртуалды фотондар арқылы). Бұл құбылыс вакуумдық поляризация деп аталады. Протон арқылы айналатын электрон-позитрон жұптары
олар өздерінің электр өрісімен протонның өрісін өзгертетін шағын дипольдер құрайды. Сондықтан біз өлшейтін протонның электр заряды протонның заряды емес, виртуалды жұптарды қоса алғанда, бүкіл жүйенің заряды болып табылады.
Лазерді бос жерге
Виртуалды бөлшектердің бар екеніне сену себебіміз фотондардың электрондармен әрекеттесуін түсіндіруге тырысатын физика саласы кванттық электродинамиканың (QED) негіздеріне жатады. Теория 30 жылдары жасалғаннан бері физиктер бар болуы математикалық қажетті, бірақ көруге, естуге және сезілуге болмайтын бөлшектер мәселесін қалай шешуге болатынын ойлап жүр.
QED теориялық тұрғыдан, егер біз жеткілікті күшті электр өрісін жасасақ, онда виртуалды серіктес электрондар (немесе электрон деп аталатын статистикалық конгломератты құрайтын) олардың қатысуын ашады және оларды анықтау мүмкін болады. Бұл үшін қажетті энергия Швингер шегі деп аталатын шекке жетуі және одан асуы керек, оның шегінен тыс, бейнелі түрде айтқанда, вакуум өзінің классикалық қасиеттерін жоғалтады және «бос» болуды тоқтатады. Неліктен бұл қарапайым емес? Өйткені қажетті энергия мөлшері, болжамдарға сәйкес, әлемдегі барлық электр станциялары өндіретін жалпы энергиямен бірдей болуы керек - миллиард есе көп.
Бұл біздің қолымыздан келмейтін сияқты. Белгілі болғандай, 80-ші жылдары өткен жылғы Нобель сыйлығының лауреаттары Жерард Муру мен Донна Стрикленд жасаған жоғары қарқындылықтағы ультра қысқа оптикалық импульстардың лазерлік техникасын қолдану міндетті емес. Морудың өзі осы лазерлік супершоттарда қол жеткізілген гига-, тера- және тіпті петаватт қуаттары вакуумды бұзуға мүмкіндік беретінін ашық айтты. Оның тұжырымдамалары еуропалық қорлардың қолдауымен және Румынияда әзірленген Extreme Light Infrastructure (ELI) жобасында жүзеге асырылды. Бухарестке жақын жерде екі 10 певатттық лазер бар, оларды ғалымдар Швингер шегін еңсеру үшін пайдаланғысы келеді.
Бірақ энергетикалық шектеулер бұзылса да, нәтиже – және ақырында физиктер не көретіні – өте белгісіз болып қала береді. Виртуалды бөлшектер жағдайында зерттеу әдістемесі сәтсіздікке ұшырай бастайды, ал есептеулер енді мағынасы жоқ. Қарапайым есептеу сонымен қатар екі ELI лазерінің тым аз энергия өндіретінін көрсетеді. Тіпті төрт біріктірілген арқалық әлі де қажеттіден 10 XNUMX есе аз. Дегенмен, ғалымдар бұл сиқырлы шекті күрт бір реттік шектеу емес, бірте-бірте өзгеретін аймақ деп санайтындықтан, бұлай емес. Сондықтан олар энергияның төмен дозаларымен де кейбір виртуалды әсерлерге үміттенеді.
Зерттеушілердің лазер сәулелерін күшейту үшін әртүрлі идеялары бар. Олардың бірі - жарық жылдамдығымен қозғалатын айналарды шағылыстыру және күшейту туралы өте экзотикалық тұжырымдама. Басқа идеяларға фотондық сәулелерді электронды сәулелермен соқтығыстырып немесе соқтығысқан лазер сәулелері арқылы сәулелерді күшейту кіреді, Шанхайдағы Қытайдағы төтенше жарық станциясының зерттеу орталығының ғалымдары. Үлкен фотон немесе электронды коллайдер - бұл қарауға тұрарлық жаңа және қызықты тұжырымдама.
