Pot să vină particulele din vid?

Fizica modernă trece prin momente grele.Pe de o parte se află teoria cuantică, care descrie structura universului la nivel atomic, iar pe de altă parte, Teoria Generală a Relativității (GR) a lui Einstein, conform căreia spațiul și timpul pot fi curbate sub influența gravitației. Problema este că separat atât GR, cât și mecanica cuantică funcționează bine, dar contrazic postulatele celuilalt. Din acest motiv, în ultimii 90 de ani, fizicienii au lucrat pentru a crea o „teorie a totul” unificată. Dar cu fiecare nouă descoperire, apar tot mai multe întrebări, dar cercetătorii nu încetează să încerce să ajungă la fundul adevărului - rezultatele primului experiment de acest gen au arătat că într-un univers curbat și în expansiune, apar perechi de particule. din spațiul gol. Rezultatul obținut în timpul simulării ne readuce din nou la întrebarea cum poate apărea ceva din nimic. Cu alte cuvinte, un pas înainte și doi pași înapoi.

Universul în miniatură arată că particulele pot veni din spațiul gol

Un experiment, primul de acest fel, care simulează spațiul cu atomi de potasiu ultrareci, sugerează că într-un univers deformat, în expansiune, perechi de particule ies din spațiul gol.

De unde provin particulele?

Un experiment de simulare, primul de acest felspațiul cu atomi de potasiu ultrareci sugerează că într-un univers deformat, în expansiune, perechi de particule ies din spațiul gol. Acest experiment inovator își propune să înțeleagă mai bine fenomenele cosmice care sunt greu de detectat, deoarece particulele pot apărea din spațiul gol pe măsură ce universul se extinde.

În cursul lucrărilor, fizicienii de la Universitatea din Heidelberg din Germania au răcit peste 20.000 de atomi de potasiu în vid, folosind lasere pentru a le încetini și a scădea temperatura.

Condensul Bose-Einstein permite fizicienilor să manipuleze atomii

Ca urmare a răcirii extreme, atomii au format un nor mic (aproximativ lățimea unui păr uman), transformându-se într-o substanță cuantică, asemănătoare unui lichid - un condensat Bose-Einstein.

Când atomii devin condensate Bose-Einsteinele pot fi controlate prin direcționarea luminii către ei și apoi setați densitatea, locația în spațiu și efectul pe care îl au unul asupra celuilalt. Am vorbit mai mult într-unul din articolele anterioare, nu-l ratați.

De fapt, noul experiment vă permite să vă schimbațiproprietățile atomilor, determinându-i să urmeze o ecuație care, în universul real, determină proprietățile sale, inclusiv viteza luminii și efectul gravitației în apropierea obiectelor masive. După cum notează autorii lucrării științifice, acesta este primul experiment în care atomii reci au fost utilizați pentru a simula un Univers curbat și în expansiune (cu accelerare).

La nivel micro, universul arată diferit, respectând legile mecanicii cuantice

Când cercetătorii și-au aprins luminaatomi înghețați, s-au mișcat ca și cum ar fi niște perechi de particule apărute în Universul real. Noul experiment face posibilă combinarea efectelor cuantice și a gravitației, ceea ce este surprinzător, deoarece fizicienii nu prea înțeleg cum două teorii contradictorii se potrivesc împreună în univers. De asemenea, înseamnă că experimentele viitoare cu pot duce la o mai bună înțelegere a universului cuantic și, eventual, mai aproape de crearea unei teorii a tuturor.

Mai multe despre subiect: Oamenii de știință sunt aproape de a crea o nouă teorie a gravitației cuantice

universul probabilităților

Universul nostru în expansiune este în esențăo soluție perfect acceptabilă a ecuațiilor relativității generale. Cu toate acestea, rata sa de expansiune creează probleme pentru mecanica cuantică - există multe stări posibile în care se pot afla particulele. Dar apare întrebarea - dacă spațiul se extinde într-un ritm din ce în ce mai mare, crește numărul de particule din el? Și este posibil să obții ceva din nimic?

Imaginați-vă că avem un spațiu gol în fața noastră -limita inexistenței fizice, care, în anumite condiții și manipulări, va duce inevitabil la apariția a ceva. Astfel, ciocnirea a două particule în abisul spațiului gol poate duce la apariția unei perechi particule-antiparticule. Dacă încercăm să separăm un cuarc de un antiquarc, atunci un nou set de perechi trebuie să iasă din spațiul gol dintre ele.

Oamenii de știință încă nu pot explica toate legile lumii cuantice, inclusiv încâlcirea cuantică (Albert Einstein a numit-o înfiorător)

Teoretic, un câmp electromagnetic suficient de puternic poate scoate particule și antiparticule din vid, chiar și fără particule sau antiparticule inițiale, explică fizicienii.

La începutul anului 2022 într-un simplu laboratorFolosind proprietățile unice ale grafenului, s-au creat câmpuri electrice puternice într-o plantă care permite crearea spontană a perechilor particule-antiparticule din nimic. Veți fi surprinși, dar presupunerea că ceva poate fi creat din vid a apărut cu aproximativ 70 de ani în urmă - atunci această idee a venit la unul dintre fondatorii teoriei cuantice, Julian Schwinger, și a primit ulterior confirmarea. Universul chiar creează ceva din nimic.

Citiți articole și mai interesante despre ce legile respectă Universul și ce spune aceasta despre realitatea noastră pe canalul nostru în Yandex.Zen - articolele care nu sunt pe site sunt publicate în mod regulat acolo!

Aceasta înseamnă că, la un nivel fundamental,În universul nostru, atomii pot fi împărțiți în particule separate - cuante, care, totuși, nu pot fi împărțite în continuare. Același lucru este valabil și pentru electroni, neutrini și omologii lor antimaterie. Aceeași soartă așteaptă fotonii, gluonii și bosonii (inclusiv bosonul Higgs). Cu toate acestea, dacă eliminați toate aceste particule, „spațiul gol” rămas nu va fi cu adevărat gol - în multe sensuri fizice.

La fel cum nu putem lua din universlegile fizicii, nu putem lua de la ea câmpurile cuantice care o pătrund. Pe de altă parte, indiferent cât de departe am împinge orice sursă de materie, există două forțe cu rază lungă de acțiune ale căror consecințe vor rămâne în continuare: electromagnetism și gravitație.

Universul respectă legile gravitației, a căror natură fizicienii încă nu o înțeleg

Deși putem crea setări inteligente,garantând că puterea câmpului electromagnetic într-o anumită zonă este zero, nu putem face acest lucru pentru gravitație; spațiul nu poate fi „golit total” în niciun sens real.

Nu ratați: poate mecanica cuantică să explice existența spațiu-timpului?

Ceva din Nimic

Demonstrați că spațiul gol este activatde fapt, nu este - sarcina este laborioasă, dar în același timp reală. Deci, chiar dacă creați un vid perfect, lipsit de toate particulele și antiparticulele, iar câmpurile electrice și magnetice sunt egale cu zero, va exista totuși ceva în vid pe care fizicienii îl pot numi, să zicem, „neant maxim”.

Așa a gândit Julian Schwinger în 1951, descriindcum (teoretic) este posibil să se creeze materie din nimic: aceasta ar necesita un câmp electric puternic. Și deși colegii săi au propus ceva asemănător în anii 1930, Schwinger a fost cel care a reușit să determine cu exactitate condițiile necesare acestui experiment, pe baza faptului că fluctuațiile cuantice sunt cumva prezente în spațiul gol, spun fizicienii.

Particulele pot apărea din vid.

Te va interesa: Universul a avut un început?

Conform principiului incertitudinii Heisenberg,dacă câmpurile cuantice există peste tot, atunci în orice perioadă aleasă de timp și regiune a spațiului va fi prezentă o cantitate inițial nedeterminată de energie. Și cu cât perioada de timp pe care o luăm în considerare este mai scurtă, cu atât este mai mare incertitudinea în ceea ce privește cantitatea de energie.

De fapt, singurul loc unde particuleleiau naștere din vid - acestea sunt regiuni din spațiu care înconjoară găurile negre și stelele neutronice. Dar la distanțele cosmice vaste care ne separă de cele mai apropiate obiecte, presupunerile noastre rămân pur teoretice.

Universul deține multe secrete pe care încă nu le descoperim.

Acesta este interesant: Premiul Nobel pentru Fizică 2022: entanglement cuantic și teleportare

Dar din moment ce știm că electronii și pozitroniiliteralmente apar din nimic (sunt pur și simplu scoși din vidul cuantic de câmpuri electrice) Universul demonstrează imposibilul. Din fericire, există multe moduri de a explora lumea noastră ciudată, fie că este vorba de matematică, experimente cu grafen (am tratat mai detaliat acest lucru mai devreme) sau lasere. Și deși suntem încă departe de adevăr și de crearea unei teorii unificate a tuturor, astăzi știm nu atât de puțin despre lumea în care trăim. Nu-i așa?