Вакуум: Да ли је могуће створити нешто из ничега?
Пре свега, бомба: када је наставница у средњој школи рекла да ништа не постоји у вакууму, она је поједностављивала ове информације из педагошких разлога. За садржај у учионицама ова изјава је обично више него довољна. Али истина је да, као и многи други предмети на факултету, и овај скрива тајне проучаване у напредним темама дисциплине. Доказ за то су експерименти пријављени у чланку „Пакиран у вакууму“, чланку објављеном у часопису Нев Сциентист од 18. фебруара 2012. године.
Иако нема вакуума, квантна физика узима у обзир чињеницу да ове регије садрже минималну количину енергије, као и електромагнетна и гравитациона поља. Стога се вакуум не може сматрати потпуно празним.
Поред тога, на овим просторима је такође присутно честице и античестице које се стално стварају и уништавају. Ова чудна „мала створења“ квантног зоолошког врта - позната као виртуалне честице (или античестице) - не могу се појединачно открити. Међутим, способни су да произведу реакције које се могу мерити, попут Цасимировог ефекта. Овај фластер за честице познат је под називом квантна флуктуација вакуума.
Разумевање ефекта Цасимира
Године 1948. холандски физичар Хендрик Цасимир покушао је да разуме како колоиди постоје, односно како задржати смешу у којој се једна врста материје распршује у другу, на пример глобуле масти у воденом раствору млека, на пример. Силе између молекула у таквом медију падају брже са даљине од традиционалних израчунавања, заснованих на ван дер Валлсовој снази.
Да би дошао до адекватног решења проблема, Цасимир је следио савете физичара чија су дела била од суштинске важности за стварање квантне физике Ниелс Бохр: размотри дејство вакуума између молекула смеше. Очигледно, израчунавање флуктуације енергије у сложеној молекуларној структури колоида било би немогуће. Тако је Цасимир предложио једноставнији модел: две савршено усклађене металне плоче, које лебде у вакуму.
Пошто је вакуум пун таласних поља која садрже енергију, усклађеност ових таласа је ограниченија између две плоче, због чега у овом простору настаје мање честица. Као резултат тога, густина енергије између две плоче је мања него у отвореном простору, то ствара разлику притиска која једну плочу гура ка другој.
Ова сила је, међутим, врло мала: две одвојене плоче од 10 нанометара осећају силу упоредиву са тежином атмосфере изнад наших глава. Дакле, веома је компликовано доказати постојање ове силе, јер је могу изменити много веће силе које делују на исту мешавину.
Тек 1996. године Стевен Ламореаук, физичар са Универзитета Васхингтон у Сједињеним Државама, био је у стању пажљиво изоловати све остале ефекте који би могли утицати на експеримент, и тако пронашао малу преосталу силу која делује на метална плоча и сферна сочива, гурајући се један против другог. Стога се чинило доказаним да је деловање вакуума стварно.
Из тога су други, врло интригантни експерименти, почели да мењају наш концепт ништавила. Ламореаук и његов тим такође су потврдили, на пример, да су се квантне флуктуације вакуума повећавале како температура расте. Али још више интригантних дела требало је доћи.
И нека се направи светло!
У новембру 2011., научници са Цхалмерс Университи оф Тецхнологи у Шведској одлучили су да користе идеје Цасимировог ефекта обрнуто, као што је предложио амерички физичар генерал Мооре 1970.: ако бисмо могли да померамо два огледала брзо, једно у друго, колебање Квант присутан у простору између њих могао би се сломити тако силовито да би се његова енергија ослобађала у облику фотона. Теорија је постала позната као динамични Цасимиров ефекат.
У пракси се ни мало огледало није могло померити тако брзо, па су физичар Цхрис Вилсон и његов тим предложили неке промене Мооре-ових идеја како би их спровели у пракси: користили су брзо променљиве електричне струје да би симулирали ефекат. огледала која би се могла убрзати на приближно ¼ брзину светлости. Резултат је био очекиван: производња парова фотона који су изашли из вакуума и који се могу мерити као микроталасно зрачење.
Али као и постојање Цасимировог ефекта, експеримент су у то време побијали и други физичари, који не верују да је експеримент симулирао Мооре-ове идеје. Вилсон се брани рекавши да је експеримент извршен са свим потребним мерама предострожности и тестова, укључујући и доказ да су чак и почели из вакуума. У интервјуу за Нев магазине, искористио је ситуацију и закачио своје ривале: "За неке људе, динамични Цасимиров ефекат увек ће се налазити у стварном огледалу које се брзо креће."
Баш попут ефекта Цасимира, али за разлику од тога
Још један знатижељни експеримент спровели су Стивен Џонсон и његови колеге са Масачусетског технолошког института (МИТ). Прорачунали су да би се Цасимиров ефекат могао обрнути, то јест, уместо да делује као својеврсно лепило за два нано-скала, може се користити за контра-притисак, односно за одгуравање једног предмета од другог.
Да би то постигли, физичари су променили облик металних плоча, додајући структуре које подсећају на зубе патентног затварача. То би, у теорији, учинило да сила међу њима буде одбојна. У новијој студији спроведеној на Универзитету у Коимбри, Португал, истраживачи Станислав Масловски и Марио Силвеиринха теоретизовали су сличан ефекат употребом металних „наноцела“ која су створила одбојну силу која може левитирати металне нанобарте.
У пракси, овај ефекат би, на пример, могао да доведе до стварања нано-скалних зупчаника и мотора који могу радити без трења између делова. Али ово спровођење подразумевало би развијање нових алата који би могли да ускладе те нано-делове како вакуум између њихових атома не би изазвао квантне флуктуације да раде у различитим правцима.
Вакуум и научни скептицизам
Дакле, може се закључити да су експерименти спроведени последњих година све више веровали теоријама пре више деценија, показујући да су и квантне флуктуације и Цасимиров ефекат стварни. Ипак, нису сви физичари купили ову идеју.
Многи истраживачи против Цасимировог ефекта или флуктуације квантног вакуума тврде да су ове теме постале популарне јер је математика која стоји иза њих тако једноставна. За Јулиана Сцхвингера, добитника Нобелове награде за физику из 1965., ови ефекти настају због квантне интеракције између набоја материје, а не због самог вакуума.
Такођер може бити да је доказивање ових појава својеврсни парадокс: постојање енергије вакуума можемо доказати само додавањем материје, и рискирамо погрешним представљањем експеримената. У међувремену, Цхрис Вилсон, који се бацио на ништа, нада се да ће друге истраживачке групе успети да поткријепе податке које његов тим пронађе и пружити мало више подршке могућности да неки феномени заиста буду стварни.
Колико је нервозан процес доказивања, управо тај латентни скептицизам чини науку тако поузданом. На крају, ово је чак добро, јер може довести до интригантних експеримената попут ових који би се требали пријавити у будућности.
