Vakum: Hiçbir şeyden bir şey yaratmak mümkün mü?
Öncelikle, bir bomba: Lise öğretmeni boşlukta hiçbir şey olmadığını söylerken, pedagojik nedenlerle bu bilgiyi basitleştiriyordu. Sınıf içeriği için bu ifade genellikle fazlasıyla yeterlidir. Ancak gerçek şu ki, diğer birçok üniversite dersi gibi, bu da disiplinin ileri konularında öğrenilen sırları gizliyor. Bunun kanıtı, 18 Şubat 2012 tarihli Yeni Bilimci dergisinde yayınlanan bir makale olan “Vakum Paketli” makalesinde bildirilen deneylerdir.
Vakumda hiçbir önemi olmamasına rağmen, Quantum Physics, bu bölgelerin minimum miktarda enerji, ayrıca elektromanyetik ve yerçekimi alanları içerdiğini dikkate almaktadır. Bu nedenle, vakum tamamen boş olarak kabul edilemez.
Ek olarak, bu boşluklarda, sürekli olarak oluşan ve tahrip olan partiküllerin ve anti-partiküllerin varlığı da vardır. Kuantum hayvanat bahçesinin bu garip "küçük yaratıklar" - sanal parçacıklar (veya anti parçacıklar) olarak bilinir - tek tek tespit edilemez. Bununla birlikte, Casimir etkisi gibi ölçülebilen reaksiyonlar üretme yeteneğine sahiptirler. Bu partikül flaşör, kuantum vakum dalgalanması olarak bilinir.
Casimir Etkisini Anlamak
1948'de, Hollandalı fizikçi Hendrik Casimir, kolloidlerin nasıl bulunduğunu, yani bir süt türünün, örneğin sütün sulu çözeltisindeki yağ kürecikleri gibi bir diğerinin içinde dağıldığı bir karışımın nasıl tutulduğunu anlamaya çalıştı. Böyle bir ortamda moleküller arasındaki kuvvetler, van der Walls'in dayanımına dayanarak, geleneksel hesaplamalardan daha kısa sürede düşer.
Soruna yeterli bir çözüme ulaşmak için Casimir, çalışmaları, Quantum Physics, Niels Bohr'un yaratılması için temel olan bir fizikçinin tavsiyesine uydu: Karışımın molekülleri arasındaki boşluğun etkisini düşünün. Açıkçası, bir kolloidin karmaşık moleküler yapısındaki enerji dalgalanmasının hesaplanması imkansız olurdu. Casimir daha basit bir model önerdi: iki tane mükemmel hizalanmış metal plaka, vakumda yüzüyordu.
Vakum enerji içeren dalga alanlarıyla dolu olduğundan, bu dalgaların yerine getirilmesi iki plaka arasında daha kısıtlıdır ve bu alanda daha az parçacık ortaya çıkmaktadır. Sonuç olarak, iki plaka arasındaki enerji yoğunluğu açık alandaki değerden daha düşüktür; bu, bir plakayı diğerine doğru iten bir basınç farkı yaratır.
Bununla birlikte, bu kuvvet çok küçüktür: iki ayrı 10 nanometre plakası, başımızın üstündeki atmosferin ağırlığına benzer bir kuvvet hisseder. Bu nedenle, aynı karışıma etki eden çok daha büyük kuvvetler tarafından değiştirilebileceğinden, bu kuvvetin varlığını kanıtlamak çok karmaşıktır.
1996’ya kadar, ABD’deki Washington Üniversitesi’nden bir fizikçi olan Steven Lamoreaux’un, deneyde etkili olabilecek diğer tüm etkileri dikkatlice izole edebilmesi ve bu nedenle metal plaka ve küresel bir mercek birbirine dayanıyor. Böylece, vakum eyleminin gerçek olduğu kanıtlanmış gibiydi.
Bundan başka çok ilginç deneyler bizim hiçlik kavramımızı değiştirmeye başladı. Lamoreaux ve ekibi ayrıca, örneğin, sıcaklık arttıkça kuantum vakum dalgalanmalarının arttığını doğruladılar. Ancak daha ilgi çekici işler gelecekti.
Ve ışığın bırakılmasına izin verin!
Kasım 2011’de, İsveç’teki Chalmers Teknoloji Üniversitesi’ndeki bilim adamları, 1970’te Amerikan fizikçi General Moore’un önerdiği gibi Casimir etkisi hakkında fikirlerini tersine kullanmaya karar verdiler: iki aynayı hızlı bir şekilde hareket ettirebilirsek, dalgalanma Aralarındaki boşlukta mevcut olan kuantum, enerjisini fotonlar şeklinde salınacak şekilde şiddetle ezilebilir. Teori, dinamik Casimir etkisi olarak bilinir hale geldi.
Uygulamada, çok küçük bir ayna bile bu kadar hızlı hareket ettirilemedi, bu yüzden fizikçi Chris Wilson ve ekibi Moore'un fikirlerini uygulamaya koymak için bazı değişiklikler önerdi: etkiyi simüle etmek için hızla değişen elektrik akımları kullandılar. Işık hızıyla yaklaşık about hızlanabilen aynalar. Sonuç beklendiği gibi oldu: vakumdan çıkan ve mikrodalga radyasyonu olarak ölçülebilen foton çiftlerinin üretimi.
Fakat Casimir etkisinin varlığının yanı sıra, o zamanki deney, deneyin gerçekten Moore'un fikirlerini taklit ettiğine inanmayan diğer fizikçiler tarafından da yeniden yorumlandı. Wilson, denemenin bir vakumdan başladığının kanıtı da dahil olmak üzere gerekli tüm önlem ve testlerle yapıldığını söyleyerek kendini savunur. Ve New dergisine verdiği röportajda durumdan yararlandı ve rakiplerini sabitledi: "Bazı insanlar için, dinamik Casimir etkisi her zaman hızlı hareket eden gerçek bir ayna üzerinde olacaktır."
Tıpkı Casimir etkisi gibi, ama aksine
Bir başka ilginç deney, Steven Johnson ve arkadaşları tarafından Massachusetts Institute of Technology'de (MIT) yapıldı. Casimir etkisinin tersine çevrilebileceğini, yani iki nano ölçekli nesne için bir çeşit yapıştırıcı görevi yapmak yerine, bir karşı baskı uygulamak, yani bir nesneyi diğerinden uzaklaştırmak için kullanılabileceğini hesapladılar.
Bunu yapmak için, fizikçiler metal plakaların şeklini değiştirdiler ve fermuarın dişlerine benzeyen yapılar eklediler. Bu, teoride, aralarındaki kuvveti itici kılacaktır. Portekiz'deki Coimbra Üniversitesi'nde yapılan daha yakın bir araştırmada araştırmacılar Stanislav Maslovski ve Mário Silveirinha, metal nanobarları kaldırabilecek itici bir güç yaratan metalik “nanobodları” kullanarak benzer bir etki kurar.
Uygulamada bu etki, örneğin, parçalar arasında sürtünme olmadan çalışabilen nano ölçekli dişliler ve motorların oluşturulmasına yol açabilir. Ancak bunu uygulamaya koymak, bu nanopartları hizalayabilecek yeni araçlar geliştirmeyi içerecek, böylece atomları arasındaki boşluk kuantum dalgalanmalarının farklı yönlerde çalışmasına neden olmayacaktı.
Vakum ve bilimsel şüphecilik
Böylece, son yıllarda yapılan deneylerin, onlarca yıl öncesine ait teorilere daha fazla önem verdiğine, hem kuantum dalgalanmalarının hem de Casimir etkisinin gerçek olduğunu gösterdiği sonucuna varılabilir. Bununla birlikte, tüm fizikçiler bu fikri satın almamıştır.
Casimir etkisine veya kuantum vakum dalgalanmasına karşı birçok araştırmacı, bu temaların popüler hale geldiğini iddia ediyor, çünkü arkasındaki matematik çok basit. 1965 Nobel Fizik Ödülü'nü kazanan Julian Schwinger için bu etkiler, vakumun kendisi değil madde yükleri arasındaki kuantum etkileşimi nedeniyle ortaya çıkmıştır.
Bu fenomenlerin ispatı bir tür paradoks da olabilir: Vakum enerjisinin varlığını ancak içine madde ekleyerek ispatlayabiliriz ve deneyleri yanlış sunma riskini alabiliriz. Bu arada, hiçbir şeyden ışığı yaratan Chris Wilson, diğer araştırma gruplarının ekibinin bulduğu verileri doğrulayabileceğini ve belirli olayların gerçekte gerçek olabileceği ihtimalini biraz daha fazla destekleyebileceğini umuyor.
İspat süreci kadar can sıkıcı olduğu gibi, bilimi bu kadar güvenilir kılan bu gizli şüpheciliktir. Sonunda, gelecekte de rapor etmek gibi daha ilgi çekici deneyler verebileceğinden, bu daha da iyidir.
Tavsiye
