Физики заглянули в «полную пустоту» и доказали, что в ней кое-что есть

22 Января 2017 в 12:00, Николай Хижняк 36 257 просмотров 143

Согласно квантовой механике, вакуум – не просто пустое пространство. На самом деле он наполнен квантовой энергией и частицами, крошечными частицами, постоянно появляющимися и так же исчезающими и оставляющими после себя след в виде сигналов, которые мы называем квантовыми флуктуациями. Десятилетиями эти флуктуации существовали только в наших квантовых теориях, пока в 2015 году исследователи не объявили о том, что напрямую их обнаружили и определили. А сейчас та же команда ученых заявляет, что продвинулась в своих исследованиях гораздо дальше — смогла провести манипуляции с самим вакуумом и определить изменения в этих загадочных сигналах из пустоты.

Здесь мы вступаем на территорию высокоуровневой физики, но что более важно, если результаты эксперимента, о котором мы сегодня поговорим, подтвердятся, то, вполне возможно, это будет означать, что ученые открыли новый способ наблюдения, взаимодействия и практических проверок квантовой реальности без вмешательства в нее. Последнее особенно важно, так как одной из самых больших проблем квантовой механики – и нашего ее понимания – является то, что каждый раз, когда мы будем пытаться измерить или даже просто провести наблюдение за квантовой системой, этим воздействием мы будем ее уничтожать. Как вы понимаете, это не слишком вяжется с нашим желанием узнать, что же на самом деле происходит в этом квантовом мире.

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.

Этот эффект может быть измерен в пространственно-временном разрезе, как это показано на графике ниже. Парабола в центре изображения отображает точку «сжатия» в вакууме:

Результатом этого сжатия, как можно видеть на том же изображении, являются некоторые «проседания» во флуктуациях. Не менее удивительным для ученых оказалось и наблюдение того, что уровень мощности флуктуации в некоторых местах оказался ниже уровня фонового шума, который, в свою очередь, ниже, чем у основного состояния пустого пространства.

«Поскольку новый метод измерения не подразумевает захват или усиление фотонов, существует вероятность прямого определения и наблюдения за электромагнитным фоновым шумом в вакууме, а также контролируемых девиаций состояний, созданных исследователями», — говорится в исследовании.

В настоящий момент исследователи проверяют точность своего метода измерений, а также пытаются разобраться в том, на что он реально способен. Несмотря на уже более чем впечатляющие результаты этой работы, по-прежнему существует вероятность того, что ученые пришли к называемому «неубедительному методу измерения», который, возможно, и способен не нарушать квантовые состояния объектов, но в то же время не способен рассказать ученым больше о той или иной квантовой системе.

Если метод действительно окажется рабочим, то ученые хотят использовать его для измерения «квантового состояния света» — невидимого поведения света на квантовом уровне, которое мы только-только начинаем понимать. Однако для дальнейшей работы необходима дополнительная проверка – репликация результатов открытия команды исследователей из Констанцского университета и тем самым демонстрация пригодности предложенного метода измерений.

Физики заглянули в «полную пустоту» и доказали, что в ней кое-что есть

Приложение
Hi-News.ru

Новости высоких технологий в приложении для iOS и Android.

143 комментария

  1. saranchachacha

    Все равно не понимаю как наш разум может влиять на физику. (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

    • uran

      Так и влияет, поскольку физика и выдумана человеками, как и все другие законы, по которым живёт общность - человечество (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • SpectreForce

      Не знаю на счёт разума, но частицы, которыми измеряют, будь то фотоны или ещё что, очень даже влияют на частицы, которые хотят измерить. Поэтому так и сложно, если не невозможно, измерить характеристику частицы, не изменив при этом другую (характеристику).

    • oleg oka

      по закону Никиты Пряхина из Золотого телёнка : - "Как захотим, так и будет"

    • Aldo

      Никак не влияет, это идиотская ничем не подтвержденная интерпретация, которая никому не нравится, кроме желтой прессы, коей и является данный ресурс. Мы не можем одновременно измерить положение и импульс квантовой частицы, вот и вся проблема, а почему – никто наверняка сказать не может, мнений масса и большинство из них куда логичнее и правдоподобнее, чем "влияние наблюдателя". (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • SpectreForce

        Не могут наверняка сказать? Я почему-то считал, что всему виной взаимодействие наблюдаемых частиц с частицами, с помощью которых наблюдают.

        • Aldo

          Ну объясните тогда парадокс двухщелевого эксперимента частицами, "с помощью которых наблюдают". (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • SpectreForce

            При чём здесь эксперимент на двух щелях? Ваша логика от меня ускользнула...

            • Aldo

              Ну так интерпретация влияния наблюдателя является самой первой, интерпретирует редукцию волновой функции и вроде как напрямую исходит из парадокса двухщелевого эксперимента, если не обманывает Вики. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

              • SpectreForce

                Ну так наблюдатель наблюдает посредством чего-то ведь. Происходит взаимодействие и из волны вероятности возникает частица. Но это немножко другое.

                • Aldo

                  Хз, на мой взгляд проблема в измерении "одновременно" всех характеристик квантовой системы, отсюда и мнение о вмешательстве наблюдения. Квантовая система, должно быть, существует в нескольких состояниях в один и тот же промежуток времени, или, возможно, для квантовой системы время вообще не определено так, как для нас на макроуровне. Соответственно имеем вполне простой и логичный вывод – так как мы измеряем в определенный момент времени, то, само собой, имеем не более чем вероятность зафиксировать квантовую частицу в определенном состоянии, не имея возможность увидеть все её характеристики. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • centurion82

      Если бы ты понял то получил бы Нобелевскую премию) На самом же деле очень даже понятно состояние квантовой неопределенности это барьер, фильтр если хотите что бы все и всегда находилось в состояний равновесия.

  2. morxod

    Российские ученые смоделировали в космосе плазму в вакууме и что увидели, мелкие частицы прижимаются месту электрода создания плазмы. зону пониженной плотности. https://www.youtube.com/watch?v=EF2rYKQKhVw
    Вот мое мнения.
    Электрод снимает плотность заряд создает зону пониженной плотности заряда.
    https://www.facebook.com/profile.php?id=100001905102832
    Пример: Торнадо имеет силу инерции, внутри торнадо вакуум разряженных частиц. Если в центр зоны попадает объект заряженными частицами, вакуум старается снять заряды частиц, иначе обнулить заряд. Атомная структурная решетка не позволяет снять заряды. Так что кто хочет путешествовать в кротовых норах, ему прежде необходимо рассыпаться на водород и гелий.

    • Webvopli

      В своей работе ученые использовали коротковолновые лазерные импульсы продолжительностью всего несколько фемтосекунд, которые они направляли в вакуум , путем наблюдения за их воздействием на световую волну «сжатия_e» вакуума. p.s естественный процесс воздействия на среду с = 0 и коротковолновые лазерные импульсы ,несущие заряд .

      • Webvopli

        «...Появление изменения в одном конце силы заставляет предполагать последующее изменение на другом. Распространение света, а потому, вероятно, всех лучистых действий, требует времени, и чтобы колебание линий силы могло объяснить явления излучения, необходимо, чтобы такое колебание также занимало время».

  3. morxod

    Кто мне ответит почему у планеты Альдебаран нет спутников как у Солнце.

    • pathetic

      ...В 2015 году было заявлено о находке возможного горячего гиганта у главной компоненты системы Альдебарана A экзопланеты Альдебаран A b массой 6,47 ± 0,53 масс Юпитера, обращающейся вокруг материнской звезды за 628,96 ± 0,90 суток... (отправлено из приложения Hi-News.ru)

      • morxod

        Цифры это для школьников, Альдебаран не имеет гравитационную составляющий, почему?
        За миллиарды лет так и не захватил ни одной планеты, астероида, метеорита.

        • pathetic

          Я ответил на твой вопрос. Теперь ты задаешь второй. И что такое гравитационная составляющая? (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  4. unkn0wn

    Если долго вглядываться в пустоту - пустота начинает вглядываться в тебя (с)

  5. Bebel

    Одна вода, никакой полезной смысловой нагрузки ... О чем статьии: не понятно...

    Автору домашнее задание: прошерстить интернет на наличие полезного материала, а именно: можно ли использовать квантовые флуктуации и виртуальные частиця для получения энергии из вакуума и питания ее EmDrive двигателя ...?

  6. Hralain

    я не понимаю как можно сжать абсолютную пустоту...кто тут умный объясните

    • pups101010

      абсолютную пустоту сжать нельзя, вот только абсолютной пустоты не существует. тут скорее игра слов, вакуум - пустота, но абсолютной пустоты не существует. выход один или принять новый физический смысл слова вакуум - пространство с крайне разреженым газом или пространство заполненное частицами которые не можем обнаружить или измерить, или заменить слово вакуум на какое нибудь другое. сами выбирайте. в любом случае абсолютной пустоты не существует.

      • oleg oka

        действительно, "ничто" - абсолютная пустота - понятие философское. абстракция, как например наша высшая математика, оперирующая ПОНЯТИЯМИ, но не реальными объектами.

  7. kirfoton

    А может эти квантовые флуктуации не из - за виртуальных частиц, может это свойство самого электрического поля ? И ещё мне не понятно, почему если вакуум кишит энергией, её никак не получается превратить в реальное электричество для бытовых нужд ?

  8. oleg oka

    ограниченность и упёртость. они всё пытаются и пытаются по капле воды описать океан и из одной буквы создать всё написанное человечеством. это не "высокоуровневая физика", а ещё одна жалкая попытка шевеления осла, пытающегося пролезть в заборную щелку. что дальше придумают ?

  9. spl43

    Материал понравился. Автору спасибо. Кто посчитал статейку "водянистой" - тому пора гонять покемонов и не растрачивать свой могучий интеллект на всякую скучную науку. Подавай им EmDrive, кашу из топора и деда мороза.

    • KRYPTO

      Не указывайте, что и кому делать, и вам не скажут, куда вам нужно идти. Каждый читатель имеет право составить собственное мнение о качестве статьи. Если вы посчитали комментарии неуместными — либо опровергайте, либо следуйте своим же советам — гоняйте покемонов.

  10. sandy1906

    Туман говорит Туману:
    - слушай, а ты знаешь, что за мною и тобою могут наблюдать люди?
    - нет, а как они это могут делать?
    - Вода мне рассказывала, что она, заполняя их почти полностью, видела нас сквозь их глаза, в которых она содержится почти на сто процентов!
    - а ещё Лёд рассказывал, что когда человек случайно делает порез острым краем льдинки, то из него выходит и капает их важная для жизни алая кровь, которая почти полностью состоит из Воды
    - значит мы с тобой ошибались, думая, что мы являемся основным элементом сознания
    - похоже на то, что теперь мы только обеспечиваем основу более структурированного сознания, приводящего к новым технологиям использования могучей Вселенной
    - но во имя чего всё такое?
    - не ясно, остаётся надеяться, что мы и впредь востребованы будем...
    Тут в диалог вступила Пустота:
    - люди видят глазами сложные вещи и люди с помощью своего рассуждения и с помощью своего жидкостного мозга-ума уже предполагают наблюдать/исследовать меня..., а это куда интереснее, ведь так они шаг за шагом создадут сами себя, познав и создав предварительно электрон, причём свой собственный искусственный электрон, абсолютно идентичный объективному пустому электрону

    Из н/ф сериала (отправлено из iOS приложения Hi-News.ru)

  11. Lesnick

    Как можно сжать то, что не имеет плотности? А если там есть хотя бы виртуальные частицы, то это виртуальный вакуум. Это уже как бы не вакуум. Почему я такой тупой? Был бы умным - уже осваивал бы какой-нибудь жирный грант))) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  12. Lesnick

    Вы повторяетесь, сэр))) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  13. uran

    Пустота нужна, чтобы было с чем сравнивать, это как ноль, его нет, но он нужен (отправлено из приложения Hi-News.ru)

  14. ted-ufa

    "В своем эксперименте ученые использовали коротковолновые лазерные импульсы" а кто сказал что эти импульсы сами не могут являтся источниками квантовых флуктуаций? По моему ученые просто не с той стороны смотрят, они пытаются измерить то, что не возможно измерить теми методами которые они предлагают для обычной физики. Для измерения квантового состояния, сначала надо создать методы на основе квантовых теорий, квантовые компьтеры и др.а потом уж пробовать измерить что то.

  15. ronib

    Случилось так, что сейчас читаю художественный рассказ Алексея Полещука "Ошибка инженера Алексеева", так вот в ней тоже написано, что полного 'ничего' Нет. А самое забавное в этой ситуации то, что любая научно-фантастическая литература пишется на основе науки с фантазиями авторов, но это несуть, а суть в том, что произведение издано в сборнике за 1961 год. ЛЮДИ 1961 ГОД!
    Возникает вопрос "в чем нынешнее открытие?!". (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • SpectreForce

      В статье ведь упомянуто, что виртуальные частицы подтвердили экспериментально еще в 40-х годах, хоть и косвенно.
      Читайте дальше заголовка.

      • ronib

        Желчь подотрите и прежде всего смотрите дальше своего эго. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

        • SpectreForce

          Нечего тут обижаться. Кто вам виноват, что ни прочитав статьи, вы задаёте свои глупые вопросы. Прочитали статью? Уяснили, в чём нынешнее "открытие"? Вопросы есть? Вопросов нет.

          • ronib

            Мне Вас жаль. Ведь на поставленый Вами вопрос сами на него отвечаете. Но не в этом суть, Вы не зная того о чем говорил я, истекаете желчью. Мир Вам и побольше добрых людей на жизненом пути которые смогут выслушать. ;-) (отправлено из приложения Hi-News.ru)

            • SpectreForce

              Вы намекали, что ещё в ДАЛЕКОМ 1961 году! писатель-фантаст написал, что полной пустоты не существует. Я вам ответил что об этом знали ещё в 40-х. И в свою очередь намекнул вам, что заголовок статьи имеет мало общего с её содержанием. Вместо того чтобы просто-напросто заткнуться, вы продолжаете пытаться восстановить свою ущемленную гордость. Себя пожалейте, потому как слишком большое эго тут у вас, и желчью истекаете вы, а не я. Я всего лишь указал на нелепость вашего вопроса, вы же перешли на личности.

  16. ted-ufa

    И по мне вакуум не может быть пустым. Предположим абсолютно пустое пространство. Но чтобы оно было абсолютно пустым на него не должно влиять ни электромагнитное поле, ни гравитационная волна, ни свет. А выполнить это во вселенной не возможно. В любом случае через любое пространство идет световая волна, гравитационные волны звезд, а возле планет еще напряженность электромагнитного поля и все это полюбому влияет на квантовые состояния и флуктуации. Делая вакум в земных условиях, он по определению не может быть пустым, потому как его наполняют второстепенные составляющие. Даже оболочка где создается вакум имеет в любом случае кристалическую решетку, а в кристалической решетке есть определеннвй заряд атома и электроны, которые так же могут влиять на квантовые состояния.

    • SpectreForce

      Да, но между двумя стенками ведь ничего нету =) Кроме виртуальных частиц, конечно.

  17. dawson.white

    Виртуальные частицы это из разряда темной материи и энергии? Не знаем что, но скажем что частицы. А может это маленькие единорожки...с таким же успехом. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

    • SpectreForce

      Виртуальные частицы уже обнаружены. Темные материя и энергия всё ещё нет.

    • oleg oka

      "виртуальные частицы - объект не существующий в реальности, но могущий появиться при определённых условиях" (из Википедии). я понимаю так - умному физику понадобились виртуальные частицы (чтобы доказать очередной бред). он тычет пальцем в космос и говорит : ребята, вот здесь есть "определённые" условия для существования виртуальных частиц. и мне известно на основании моей умности, что они обладают вот такими свойствами. утрировано, конечно, но кажется похоже на методы современной науки. в любом случае "определённые" условия не могут быть универсальными, а потому в.частицы явление частное, локальное, и серьёзные теории на них строить нельзя.

      • SpectreForce

        Не знаю, что ты там вычитал в википедии, но виртуальные частицы очень даже существуют. Слабое, сильное ядерные взаимодействия и частично электромагнитные волны являются виртуальными частицами.
        Хоть и можно поспорить на счёт того, реальны ли они, но это скорее философский вопрос, чем научный. Что касается квантовой физики очень много чего можно назвать не реальным.

        "Всё, что мы называем реальным, состоит из того, что не может считаться реальным само по себе." Нильс Бор

        • oleg oka

          чтобы узнать, может быть надо самому посмотреть ? и не уподобляться тому ослу. виртуальные частицы не могут "являться" взаимодействиями - это понятие. что касается квантовой физики - она сама под вопросом. и тот же Нильс Бор (и другие, включая всеми любимого С. Хокинга) принимают её только как гипотетическую теорию. очень даже существующую.

        • dawson.white

          Как можно утверждать, что что то существует, и при этом спорить реально оно или нет?) Это же абсурд. (отправлено из приложения Hi-News.ru)

          • SpectreForce

            Приколы квантовой физики. Пока ты не попытаешься определить координаты частицы в пространстве, её как бы и нету, есть только волна вероятности её нахождения в той или иной точке. Корпускулярно-волновой дуализм, ёпт.
            Эксперимент Юнга наглядно демонстрирует всю прелесть кванмеха https://www.youtube.com/watch?v=LSwCCtvbSdg

    • morxod

      Я называю плотный заряд, Волосатов Валерий Иванович проматерия вот здесь. https://www.youtube.com/watch?v=E3kcFVVnE0E

  18. SpectreForce

    Мне интересно, автор статьи сам понимает, о чём тут пишет? Если да, то попрошу объяснить, каким образом происходит "сжатие" вакуума?

    • amd212

      Под вакуумом в статье понимается среда распространения электромагнитных волн.
      По аналогии с гитарной струной или звуковой волной, распространение кол@бания происходит за счёт сжатия/расширения среды-носителя

    • morxod

      Смотреть надо проще, торнадо, что в центре эпицентра.

    • morxod

      Это так пишут, запутать окончательно, мистификация это фейк.

  19. oleg oka

    бла-бла-бла. у каждого своё мнение и все правы. всё-равно, что спорить о размере вселенной. взял рулетку и померял. вариации на темы чукотских песен.

  20. oleg oka

    теория может существовать в любом виде, даже в виде анекдота (как теория Большого взрыва). но канонизировать её и строить на ней новые теории - глупость

Новый комментарий

Для отправки комментария вы должны авторизоваться или зарегистрироваться.