ასე რომ, ეს სიცარიელე წყვეტს სიცარიელეს

ვაკუუმი არის ადგილი, სადაც, თუნდაც არ დაინახოთ, ბევრი რამ ხდება. თუმცა, იმის გარკვევა, თუ რას მოითხოვს იმდენი ენერგია, რომ ბოლო დრომდე მეცნიერებისთვის შეუძლებელი ჩანდა ვირტუალური ნაწილაკების სამყაროში შესწავლა. როდესაც ზოგიერთი ადამიანი ჩერდება ასეთ სიტუაციაში, შეუძლებელია სხვებმა წაახალისონ ისინი ცდაზე.

კვანტური თეორიის თანახმად, ცარიელი სივრცე ივსება ვირტუალური ნაწილაკებით, რომლებიც პულსირებენ ყოფასა და არარსებას შორის. ისინი ასევე სრულიად შეუმჩნეველია - თუ რაიმე ძლიერი არ გვქონდა მათ მოსაძებნად.

„ჩვეულებრივ, როდესაც ადამიანები საუბრობენ ვაკუუმზე, ისინი გულისხმობენ რაღაცას, რაც სრულიად ცარიელია“, - თქვა თეორიულმა ფიზიკოსმა მატიას მარკლუნდმა გოტენბურგში, შვედეთში, ჩალმერსის ტექნოლოგიური უნივერსიტეტიდან, NewScientist-ის იანვრის ნომერში.

გამოდის, რომ ლაზერს შეუძლია აჩვენოს, რომ ის საერთოდ არ არის ცარიელი.

ელექტრონი სტატისტიკური გაგებით

ვირტუალური ნაწილაკები არის მათემატიკური კონცეფცია ველის კვანტურ თეორიებში. ისინი ფიზიკური ნაწილაკები არიან, რომლებიც ავლენენ მათ არსებობას ურთიერთქმედების გზით, მაგრამ არღვევენ მასის გარსის პრინციპს.

რიჩარდ ფეინმანის შემოქმედებაში ვირტუალური ნაწილაკები ჩნდება. მისი თეორიის მიხედვით, თითოეული ფიზიკური ნაწილაკი სინამდვილეში ვირტუალური ნაწილაკების კონგლომერატია. ფიზიკური ელექტრონი სინამდვილეში არის ვირტუალური ელექტრონი, რომელიც ასხივებს ვირტუალურ ფოტონებს, რომლებიც იშლება ვირტუალურ ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილებად, რომლებიც, თავის მხრივ, ურთიერთქმედებენ ვირტუალურ ფოტონებთან - და ასე შემდეგ უსასრულოდ. "ფიზიკური" ელექტრონი არის ვირტუალური ელექტრონების, პოზიტრონების, ფოტონების და, შესაძლოა, სხვა ნაწილაკების ურთიერთქმედების მიმდინარე პროცესი. ელექტრონის „რეალობა“ სტატისტიკური ცნებაა. შეუძლებელია იმის თქმა, ამ ნაკრების რომელი ნაწილია რეალურად რეალური. ცნობილია მხოლოდ, რომ ყველა ამ ნაწილაკების მუხტების ჯამი იწვევს ელექტრონის მუხტს (ანუ, მარტივად რომ ვთქვათ, ვირტუალური პოზიტრონების ერთი ვირტუალური ელექტრონი უნდა იყოს მეტი) და რომ მასების ჯამი. ყველა ნაწილაკი ქმნის ელექტრონის მასას.

ვაკუუმში წარმოიქმნება ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილი. ნებისმიერი დადებითად დამუხტული ნაწილაკი, მაგალითად პროტონი, მიიზიდავს ამ ვირტუალურ ელექტრონებს და მოიგერიებს პოზიტრონებს (ვირტუალური ფოტონების დახმარებით). ამ მოვლენას ვაკუუმური პოლარიზაცია ეწოდება. ელექტრონ-პოზიტრონის წყვილი, რომლებიც ბრუნავს პროტონით

ისინი ქმნიან პატარა დიპოლებს, რომლებიც ცვლიან პროტონის ველს მათი ელექტრული ველით. ამრიგად, პროტონის ელექტრული მუხტი, რომელსაც ჩვენ ვზომავთ, არის არა თავად პროტონის, არამედ მთელი სისტემის, ვირტუალური წყვილების ჩათვლით.

ლაზერი ვაკუუმში

მიზეზი, რის გამოც ჩვენ გვჯერა, რომ ვირტუალური ნაწილაკები არსებობს, უბრუნდება კვანტური ელექტროდინამიკის (QED) საფუძვლებს, ფიზიკის ფილიალს, რომელიც ცდილობს ახსნას ფოტონების ურთიერთქმედება ელექტრონებთან. მას შემდეგ, რაც ეს თეორია შეიქმნა 30-იან წლებში, ფიზიკოსებს აინტერესებთ როგორ გაუმკლავდნენ ნაწილაკების პრობლემას, რომლებიც მათემატიკურად აუცილებელია, მაგრამ არ შეიძლება მათი დანახვა, მოსმენა ან შეგრძნება.

QED აჩვენებს, რომ თეორიულად, თუ ჩვენ შევქმნით საკმარისად ძლიერ ელექტრულ ველს, მაშინ ვირტუალური თანმხლები ელექტრონები (ან შეადგენენ სტატისტიკურ კონგლომერატს, რომელსაც ეწოდება ელექტრონი) გამოავლენს მათ არსებობას და შესაძლებელი იქნება მათი აღმოჩენა. ამისთვის საჭირო ენერგიამ უნდა მიაღწიოს და გადააჭარბოს შვინგერის ლიმიტის სახელით ცნობილ ზღვარს, რომლის მიღმაც, როგორც ფიგურალურად არის გამოხატული, ვაკუუმი კარგავს თავის კლასიკურ თვისებებს და წყვეტს „ცარიელობას“. რატომ არ არის ასე მარტივი? ვარაუდების მიხედვით, ენერგიის საჭირო რაოდენობა უნდა იყოს იმდენი, რამდენიც მსოფლიოში ყველა ელექტროსადგურის მიერ წარმოებული მთლიანი ენერგია - კიდევ მილიარდჯერ.

საქმე ჩვენთვის მიუწვდომელია. თუმცა, როგორც ირკვევა, არ არის აუცილებელი, თუ გამოიყენებთ ულტრამოკლე, მაღალი ინტენსივობის ოპტიკური იმპულსების ლაზერულ ტექნიკას, რომელიც 80-იან წლებში შემუშავდა გასული წლის ნობელის პრემიის ლაურეატთა, ჟერარ მოურუს და დონა სტრიკლენდის მიერ. თავად მოურუმ ღიად თქვა, რომ ამ ლაზერულ სუპერკადრებში მიღწეული გიგა-, ტერა- და თუნდაც პეტავატის სიმძლავრეები ქმნის ვაკუუმის გარღვევის შესაძლებლობას. მისი კონცეფციები განხორციელდა ექსტრემალური მსუბუქი ინფრასტრუქტურის (ELI) პროექტში, რომელიც მხარდაჭერილია ევროპული ფონდების მიერ და განვითარებულია რუმინეთში. ბუქარესტის მახლობლად არის ორი 10 პევატიანი ლაზერი, რომელიც მეცნიერებს სურთ გამოიყენონ შვინგერის ლიმიტის დასაძლევად.

თუმცა, მაშინაც კი, თუ ჩვენ მოვახერხეთ ენერგეტიკული შეზღუდვების დარღვევა, შედეგი - და ის, რაც საბოლოოდ გამოჩნდება ფიზიკოსების თვალში - რჩება უაღრესად გაურკვეველი. ვირტუალური ნაწილაკების შემთხვევაში კვლევის მეთოდოლოგია მარცხს იწყებს და გამოთვლებს აზრი აღარ აქვს. მარტივი გაანგარიშება ასევე აჩვენებს, რომ ორი ELI ლაზერი ძალიან მცირე ენერგიას გამოიმუშავებს. ოთხი კომბინირებული შეკვრაც კი მაინც 10-ჯერ ნაკლებია ვიდრე საჭიროა. თუმცა, მეცნიერებს ეს არ თრგუნავს, რადგან ისინი ამ ჯადოსნურ ზღვარს არა მკვეთრი ერთჯერადი ლიმიტის, არამედ თანდათანობითი ცვლილების არეალად თვლიან. ასე რომ, ისინი იმედოვნებენ ვირტუალურ ეფექტებს ენერგიის მცირე დოზებითაც კი.

მკვლევარებს აქვთ სხვადასხვა იდეები ლაზერის სხივების გასაძლიერებლად. ერთ-ერთი მათგანია სარკეების ამრეკლავი და გამაძლიერებელი საკმაოდ ეგზოტიკური კონცეფცია, რომლებიც სინათლის სიჩქარით მოძრაობენ. სხვა იდეები მოიცავს სხივების გაძლიერებას ფოტონის სხივების ელექტრონულ სხივებთან შეჯახებით, ან ლაზერის სხივების შეჯახებით, რის განხორციელებაც, როგორც ამბობენ, შანხაიში, ჩინეთის ექსტრემალური სინათლის კვლევითი ცენტრის მეცნიერებს სურთ. ფოტონების ან ელექტრონების დიდი კოლაიდერი ახალი და საინტერესო კონცეფციაა, რომლის დაკვირვებაც ღირს.