Квантовые флуктуации в вакууме (24.06.2021 г.)

Мир состоит из микрочастиц, природа взаимодействия которых между собой и с макромиром пока еще не до конца изучена. Ученые не могут предсказать траекторию передвижения частицы в пространстве. Также загадкой остается механизм их трансформации, перехода из одного состояния в другое. Раздел квантовой физики изучает явления, которые ряд российских и зарубежных исследователей относят к научной фантастике. Примером этому служат квантовые флуктуации частиц в вакууме.

Механизм флуктуаций частиц в вакууме

Ученые определяют понятие квантовой флуктуации как появление микрочастиц из неоткуда, сопровождающееся квантовыми шумами. Вакуум уже не считается совершенно пустым пространством, согласно проведенным недавно опытам его основной чертой называют неустойчивость. Именно это свойство и считается причиной возникновения флуктуаций. Квантовая физика делает предположение, что микрочастицы и их флуктуация лежат в основе появления Вселенной.

Эта гипотеза очень популярна в среде физиков, но, к сожалению, до конца понять механизм взаимодействия микрочастиц пока не представляется возможным. 

Теории

Исследования проводятся во многих точках планеты, их результатом становятся новые теории. Например, по мнению почетного профессора физики из США Эдварда Трайана, наш мир образовался в результате большого взрыва, причиной которому послужили флуктуации. Весь мир, все, что окружает человека, также имеет квантовую природу.

Частицы, которые совершают флуктуации в вакуумном пространстве, постоянно исследуют в лабораториях, и некоторые их характеристики уже известны. Например, определено, что в микрочастицах отсутствуют связи между энергией и импульсом. Поэтому частицы имеют способность или исчезать совсем, или быть поглощенными другими частицами. В результате этих изменений постоянно происходят колебания энергии в единицах пространства и времени.

Постулатом, который мог бы объяснить природу явления и подвести теоретическую базу под объяснение механизма флуктуации служит принцип неопределенности Гейсенберга. Ученый доказал, что невозможно с точностью определить характеристики микрочастицы: скорость ее передвижения и координаты.

Однако новые попытки измерений показателей частиц предпринимаются, и в этом есть определенные успехи. К примеру, до развития технологий в области квантовой физики невозможно было зарегистрировать фазу и амплитуду квантовых колебаний. Вернее, это можно было сделать косвенно, а с помощью лазерных установок теперь высчитывают их характеристики с достаточно высокой степенью точности.

Эксперименты с флуктуациями

Начало нового столетия ознаменовано проведением успешных опытов с микрочастицами. В особенности исследователей интересовали влияния, которые оказывают микрочастицы на макромир.

В одном из экспериментов задействовали интерферометр с зеркалом, которое весит 40 килограммов. В результате воздействия флуктуаций зеркало переместилось на расстояние, равное одной секстилионной доли метра. В эксперименте приняло участие новое лазерное устройство — квантовый сдавливатель. Оборудование позволяет улавливать колебания даже слабых гравитационных волн.

В перспективе планируется улучшить чувствительность детекторов лабораторий, что позволит изучить характеристики частиц еще подробнее.

Исследователи предполагают, что в макромире также возможны подобные передвижения частиц, но зафиксировать их крайне сложно из-за большого количества помех.