Ошентип, ал боштук боштук болбой калат

Вакуум – бул сен көрбөсөң да көп нерсе боло турган жер. Бирок, так эмне үчүн ушунчалык көп энергия талап кылынарын билүү үчүн, жакынкы убакка чейин окумуштуулар виртуалдык бөлүкчөлөр дүйнөсүн карап чыгуу мүмкүн эместей көрүнгөн. Кээ бир адамдар ушундай абалда токтоп калганда, башкалардын аракет кылууга үндөшү мүмкүн эмес.

Кванттык теорияга ылайык, бош мейкиндик бар менен жоктун ортосунда пульсацияланган виртуалдык бөлүкчөлөр менен толтурулган. Алар дагы такыр байкалбайт - эгерде бизде аларды таба турган күчтүү нерсе болбосо.

"Адатта, адамдар вакуум жөнүндө айтканда, алар толугу менен бош нерсени билдирет", - деди Швециянын Гетеборг шаарындагы Чалмерс технологиялык университетинин теоретик-физиги Маттиас Марклунд NewScientist журналынын январь айындагы санында.

Көрсө, лазер такыр эле бош эмес экенин көрсөтө алат экен.

Статистикалык мааниде электрон

Виртуалдык бөлүкчөлөр талаанын кванттык теорияларындагы математикалык түшүнүк. Алар физикалык бөлүкчөлөр, алар өз ара аракеттенүү аркылуу өздөрүнүн катышуусун көрсөтөт, бирок массанын кабыгынын принцибин бузган.

Виртуалдык бөлүкчөлөр Ричард Фейнмандын эмгектеринде кездешет. Анын теориясы боюнча, ар бир физикалык бөлүкчө чындыгында виртуалдык бөлүкчөлөрдүн конгломераты болуп саналат. Физикалык электрон чындыгында виртуалдык фотондорду чыгарган виртуалдык электрон, алар виртуалдык электрон-позитрон жуптарына ажырайт, алар өз кезегинде виртуалдык фотондор менен өз ара аракеттенишет - жана башкалар. "Физикалык" электрон - бул виртуалдык электрондордун, позитрондордун, фотондордун жана мүмкүн башка бөлүкчөлөрдүн ортосундагы үзгүлтүксүз аракеттенүү процесси. Электрондун «чыныгы» статистикалык түшүнүк. Бул топтомдун кайсы бөлүгү чындап эле реалдуу экенин айтуу мүмкүн эмес. Бардык бул бөлүкчөлөрдүн заряддарынын суммасы электрондун зарядына алып келери (б.а., жөнөкөй тил менен айтканда, виртуалдык позитрондордон бир виртуалдык электрон көбүрөөк болушу керек) жана массаларынын суммасы белгилүү болгону белгилүү. бардык бөлүкчөлөр электрондун массасын түзөт.

Вакуумда электрон-позитрон жуптары пайда болот. Кандайдыр бир оң заряддуу бөлүкчө, мисалы, протон, бул виртуалдык электрондорду өзүнө тартып, позитрондорду түртөт (виртуалдык фотондордун жардамы менен). Бул кубулуш вакуумдук поляризация деп аталат. Протон менен айланган электрон-позитрон жуптары

алар протондун талаасын электр талаасы менен өзгөрткөн кичинекей диполдорду пайда кылышат. Демек, биз өлчөп жаткан протондун электр заряды протондун өзүнүн эмес, бүт системанын, анын ичинде виртуалдык түгөйлөрдүн заряды.

Лазер вакуумга

Виртуалдык бөлүкчөлөрдүн бар экенине ишенгенибиздин себеби, фотондордун электрондор менен өз ара аракеттенүүсүн түшүндүрүүгө аракет кылган физиканын бир бөлүмү болгон кванттык электродинамикасынын (QED) негиздерине барып такалат. Бул теория 30-жылдары иштелип чыккандан бери физиктер математикалык жактан зарыл болгон, бирок көрүүгө, угууга жана сезүүгө мүмкүн болбогон бөлүкчөлөр маселесин кантип чечүүнү ойлонуштуруп келишет.

QED теориялык жактан, эгерде биз жетишерлик күчтүү электр талаасын түзсөк, анда виртуалдык коштоочу электрондор (же электрон деп аталган статистикалык конгломератты түзүүчү) алардын бар экендигин ачып берерин жана аларды аныктоого мүмкүн болорун көрсөтөт. Бул үчүн талап кылынган энергия Швингер чеги деп аталган чекке жетип, андан ашуусу керек, ал чегинен ашканда, каймана мааниде айтканда, вакуум классикалык касиеттерин жоготот жана «бош» болбой калат. Эмне үчүн бул жөнөкөй эмес? Болжолдоолорго ылайык, энергиянын керектүү көлөмү дүйнөдөгү бардык электр станциялары өндүргөн жалпы энергияга тең болушу керек - дагы миллиард эсе.

Бул нерсе биздин колубуздан келбейт окшойт. Көрсө, 80-жылдары былтыркы Нобель сыйлыгынын лауреаттары Жерард Муру жана Донна Стрикленд тарабынан иштелип чыккан ультра кыска, жогорку интенсивдүүлүктөгү оптикалык импульстардын лазердик техникасын колдонуу сөзсүз эле эмес. Мороунун өзү бул лазердик суперсюжеттерде жетишилген гига-, тера-, ал тургай петаватт кубаттуулугу вакуумду бузууга мүмкүнчүлүк түзөрүн ачык айтты. Анын концепциялары Европалык фонддор тарабынан колдоого алынган жана Румынияда иштелип чыккан Extreme Light Infrastructure (ELI) долбоорунда камтылган. Бухаресттин жанында эки 10 петаватттык лазер бар, аларды окумуштуулар Швингер чегин жеңүү үчүн колдонгусу келет.

Бирок, биз энергетикалык чектөөлөрдү бузуп алсак да, натыйжа - жана акыры физиктердин көзүнө эмне болору белгисиз бойдон калууда. Виртуалдык бөлүкчөлөрдүн учурда изилдөө методологиясы ийгиликсиз болуп, эсептөөлөр маанисин жогото баштайт. Жөнөкөй эсептөө эки ELI лазери өтө аз энергия чыгарарын көрсөтөт. Ал тургай төрт бириктирилген таңгак дагы деле зарыл болгондон 10 XNUMX эсе аз. Бирок, илимпоздор бул сыйкырдуу чекти кескин бир жолку чек эмес, акырындык менен өзгөрүүнүн аймагы деп эсептешкендиктен, көңүлүн чөгөрбөйт. Ошентип, алар энергиянын азыраак дозалары менен да кандайдыр бир виртуалдык эффекттерге үмүттөнүшөт.

Изилдөөчүлөрдүн лазер нурларын кантип бекемдөө боюнча ар кандай идеялары бар. Алардын бири - жарык ылдамдыгы менен жүрүүчү күзгүлөрдү чагылдыруунун жана күчөтүүнүн экзотикалык концепциясы. Башка идеялардын арасында фотондук нурларды электрон нурлары менен кагылышуу же лазердик нурлардын кагылышуусу аркылуу нурларды күчөтүү кирет, Шанхайдагы Кытайдын Extreme Light изилдөө борборунун окумуштуулары муну ишке ашырууну каалашат. Фотондордун же электрондордун чоң коллайдери байкоого арзырлык жаңы жана кызыктуу түшүнүк.