Jednym z najciekawszych zjawisk z zakresu mechaniki kwantowej są tzw. wirtualne cząstki. Nie należy ich mylić z anty-cząstkami, które są całkowicie realnymi bytami.
W 1948 roku holenderski fizyk Hendrik Casimir sformułował teorię przewidującą istnienie takich właśnie cząstek, ówczesna technika nie pozwalała jednak na przeprowadzenie doświadczeń w tym zakresie. Potwierdzono ich występowanie dopiero w ostatnich dekadach. Do przeprowadzenia doświadczenia potrzebne jest umieszczenie w próżni dwóch idealnie gładkich płytek zamrożonych do temperatury zera absolutnego. Dodatkowym warunkiem powodzenia eksperymentu jest umieszczenie płytek w odległości nie większej niż 1 mikrometr (jedna tysięczna milimetra). Jakby tego było mało, muszą one pozostawać względem siebie w pozycji idealnie równoległej. Mamy więc układ, w którym teoretycznie nic się dziać nie powinno. Z jednej strony absolutna próżnia, z drugiej pozbawione ładunku elektrycznego płytki. Płytki jednak przyciągają się. Jak to się dzieje? Otóż okazuje się, że co chwila powstają w takowym układzie i szybko znikają owe wirtualne cząstki, wytwarzając przy okazji ciśnienie, które porusza płytki. A z czego one powstają? Ano właśnie – i to jest najdziwniejsze – z niczego, co zaburza znaną nam z lekcji fizyki zasadę zachowania energii.
Wirtualne cząstki można więc rozumieć jako „stany przygotowawcze” do powstania prawdziwej materii. Jakkolwiek dziwnie to zabrzmi, taka cząstka w ogóle nie istnieje – widzimy efekt oddziaływania, nie widzimy natomiast obiektu oddziałującego (co znajduje swoje odzwierciedlenie także w równaniach matematycznych). Logicznym więc będzie stwierdzenie, że tradycyjne zdroworozsądkowe podziały w kontekście takich doświadczeń mocno się zacierają. Niemiecki filozof i matematyk Gottfried Wilhelm Leibniz zapytywał „dlaczego istnieje raczej coś niż nic”. Wydaje się jednak, że pytanie to jest błędnie postawione – oto na naszych oczach nicość wchodzi w interakcję z rzeczywistością. A być może niedługo okaże się, że nie ma pomiędzy nimi żadnej różnicy – wszystko jest po prostu takim trochę innym „niczym”.
Źródło grafiki: pixabay.com
To chyba Fred Hoyle jeszcze w latach 60-tych wymyślił teorię, że materia bierze się z niczego, prawda? Tyle że to był jedynie postulat, niepoparty empirycznie. W opisywanym przez ciebie doświadczeniu energia, czyli materia też bierze się z niczego. Nie słyszałem o tym wcześniej.
Mechanika kwantowa, z tego co pamiętam, dopuszcza złamanie zasady zachowania energii w pewnych szczególnych przypadkach i w bardzo krótkim okresie czasu. Poza tym nie ma pewności czy owa zasada stosuje się do całego Wszechświata. Pytanie czy to w takim razie jeszcze w ogóle jest zasada. To tak jakby zdeklarowany ateista twierdził, że owszem, Bóg nie istnieje, ale od czasu do czasu, wicie rozumicie, na chmurce może ukazać się taki pan z białą brodą i cisnąć w Ziemię piorunkiem. Absurd. Za jakiś czas dowiemy się, że inne „zasady” też nie są już zasadami, np. prędkość światła (rzekomo maksymalna możliwa prędkość) itd.
Mi się wydaje, że jest z tym jak z mechaniką Newtona. Einstein jej nie obalił, ale rozszerzył. Ona jest poprawna w pewnych sytuacjach, w większej skali. Podobnie jest moim zdaniem z opisywanymi przez ciebie „stanami przygotowawczymi”. A efekt tunelowy? Pamiętam, że w latach 80-tych to był jeden z największych haczyków nauki, podobnie jak dziś ciemna materia. Obecnie efekt tunelowy został usadowiony w dziale „wyjaśnione i skatalogowane”. Cóż z tego, że cząstki przechodzą przez potencjały, przez które nie powinny były przejść?
Rozszerzenie to też obalenie. Na tej samej zasadzie można powiedzieć, że fizyka to rozszerzenie metafizyki a biologia to rozszerzenie religii. Zasada ma być absolutna, jeżeli takowych nie ma to przygotujmy się na kolejne niespodzianki. 🙂
Alex, ELI ciekawy projekt, nie słyszałem o nim wcześniej.
Ci goście tutaj http://www.extreme-light-infrastructure.eu/ próbują rozedrzeć światłością próżnię.
Ja bym dodał, że nie ma co udziwniać i robić nowych bożków i wierzeń ze względu na to, że dowiadujemy się o ciekawych efektach. Po pierwsze nie da rady osiągnąć całkowicie temperatury zera, bo im bliżej dochodzimy, tym mniej energii z zewnatrz jest potrzebne żeby nam totalnie przeszkodzić, a więc nie mamy niczego i coś tam energii zawsze mamy. Po drugie całe rozważanie może nam sugerować właśnie to, że chociaż nic się nie dzieje i mamy tylko wyczyszczoną przestrzeń, to jakaś energia w tym siedzi. I tak to właśnie raczej jest, że mamy takie coś jak 'energia próżni’. Można raczej myśleć tak: w układzie z płytkami mamy mnóstwo energii, np. w masie płytek E=mc^2, ale też w samej przestrzeni, przestrzeń tam jest, i to nie jest nic, to jest pusta przestrzeń, też ma energię. Przykładowo mamy coś takiego jak promień wszechświata, co sugeruje że przestrzeń jest skończona. Widać wystarczy energii albo jeszcze czegoś innego na tyle tej przestrzeni. Próżnia to jest coś.