И именно с этого момента в помощь приходит квантовый вакуум. Но перед тем, как двигаться дальше, давайте кратко вспомним, что такое вакуум с точки зрения классической физики. Здесь он представляет собой пространство, полностью лишенное какой-либо материи и содержащий энергии самых низших величин. Здесь нет частиц, а значит ничто не способно помешать или исказить чистую физику.
Один из выводов одного из наиболее фундаментальных принципов квантовой механики – принципа неопределенности Гейзенберга – устанавливает предел точности наблюдения за квантовыми частицами. Также согласно этому принципу вакуум не является пустым пространством. Он заполнен энергией, а также парами из частиц-античастиц, появляющихся и исчезающих случайным образом. Эти частицы скорее «виртуальны», чем физически материальны, и именно поэтому вы не можете их обнаружить. Но даже несмотря на то, что они остаются невидимыми, как и большинство объектов квантового мира, они тоже оказывают воздействие на реальный мир.
Эти квантовые флуктуации создают флуктуирующие случайным образом электрические поля, способные воздействовать на электроны. И именно благодаря этому их воздействию ученые впервые непрямым образом продемонстрировали их существование в 1940-х годах.
В течение последующих десятилетий это оставалось единственным, что нам было известно об этих флуктуациях. Однако в 2015 году группа физиков, работавшая под руководством Альфреда Ляйтенсторфера из Констанцского университета в Германии, заявила, что смогла напрямую определить эти флуктуации путем наблюдения за их воздействием на световую волну. Результаты работы ученых были опубликованы в журнале Science.
В своей работе ученые использовали коротковолновые лазерные импульсы продолжительностью всего несколько фемтосекунд, которые они направляли в вакуум. Исследователи стали отмечать едва заметные изменения в поляризации света. По мнению исследователей, эти изменения были напрямую вызваны квантовыми флуктуациями. Результат наблюдений наверняка еще не раз вызовет споры, однако ученые решили вывести свой эксперимент на новый уровень путем «сжатия» вакуума. Но и в этот раз они стали наблюдать странные изменения в квантовых флуктуациях. Получается, что этот эксперимент не просто оказался еще одним подтверждением существования этих квантовых флуктуаций, — здесь уже может идти речь о том, что ученые открыли способ наблюдения за ходом эксперимента в квантовом мире без воздействия на конечный результат, что в любом другом случае уничтожило бы квантовое состояние наблюдаемого объекта.
«Мы можем анализировать квантовые состояния без их изменения при первом же наблюдении», — комментирует Ляйтенсторфер.
Как правило, когда вы хотите проследить за воздействием квантовых флуктуаций на конкретно взятые частицы света, вам сперва необходимо обнаружить и выделить эти частицы. Это, в свою очередь, удалит «квантовую подпись» этих фотонов. Аналогичный эксперимент проводила команда ученых и в 2015 году.
В рамках же нового эксперимента вместо наблюдения за изменениями в квантовых флуктуациях путем абсорбирования или усиления фотонов света исследователи вели наблюдение за самим светом с точки зрения времени. Может прозвучать странным, но в вакууме пространство и время действуют таким образом, что наблюдение за одним сразу же позволяет побольше узнать и о другом. Ведя такое наблюдение, ученые обнаружили, что при «сжатии» вакуума это «сжатие» происходило ровным счетом так же, как это происходит при сжатии воздушного шарика, только в сопровождении квантовых флуктуаций.
В какой-то момент эти флуктуации стали сильней, чем фоновой шум несжатого вакуума, а в некоторых местах, наоборот, слабее. Ляйтенсторфер приводит в качестве аналогии автомобильную пробку, двигающуюся через узкое пространство дороги: со временем автомобили, стоящие в своих полосах, занимают одну и ту же полосу, чтобы протиснуться сквозь узкое место, а затем снова разъезжаются по своим полосам. Тоже самое в определенной степени, согласно наблюдениям ученых, происходит и в вакууме: сжатие вакуума в одном месте приводит к распределению изменений квантовых флуктуаций в других местах. И эти изменения могут либо ускоряться, либо замедляться.
Комментарии 6