David Harris
Don ‚ t stop Me now
(obrázek: Ellinor Hall / Johner / Corbis)
míč, který se točí ve vakuu, by se nikdy neměl zpomalit, protože na něj nepůsobí žádné vnější síly. Alespoň to by řekl Newton. Ale co když samotné vakuum vytvoří typ tření, který brzdí rotující předměty? Účinek, který by mohl být brzy detekovatelný, by mohl působit na mezihvězdná prachová zrna.
v kvantové mechanice princip neurčitosti říká, že si nikdy nemůžeme být jisti, že zdánlivé vakuum je skutečně prázdné. Místo toho prostor šumí fotony, které neustále vyskakují do A Z existence, než je lze přímo měřit. I když se objevují jen letmo, tyto“ virtuální “ fotony vyvíjejí na objekty, se kterými se setkávají, stejné elektromagnetické síly jako normální fotony.
reklama
nyní, Alejandro Manjavacas a F. Javier García de Abajo z Institutu optiky při španělské národní výzkumné radě v Madridu tvrdí, že tyto síly by měly zpomalit rotující objekty. Stejně jako čelní srážka zabalí větší úder než kohoutek mezi dvěma auty jeden za druhým, virtuální foton zasahující objekt ve směru opačném k jeho rotaci se srazí s větší silou, než kdyby zasáhl stejným směrem.
takže v průběhu času se rotující objekt postupně zpomalí, i když ho ze všech stran bombarduje stejný počet virtuálních fotonů. Rotační energie, kterou ztrácí, je pak emitována jako skutečné, detekovatelné fotony(Physical Review a, Doi: 10.1103 / PhysRevA.82.063827).
síla efektu závisí na make-upu a velikosti objektu. Objekty, jejichž elektronické vlastnosti jim brání snadno absorbovat elektromagnetické vlny, jako je zlato, mohou zpomalit málo nebo vůbec. Ale malé částice s nízkou hustotou, které mají menší rotační hybnost, dramaticky zpomalují.
rychlost zpomalení závisí také na teplotě, protože čím je teplejší, tím více virtuálních fotonů se objevuje a vystupuje z existence a vytváří tření. Při pokojové teplotě by 100-nanometrové zrno grafitu, které je bohaté na mezihvězdný prach, trvalo asi 10 let, než by se zpomalilo na přibližně jednu třetinu své počáteční rychlosti. Při 700 °C, průměrné teplotě pro horké oblasti vesmíru, by stejné snížení rychlosti trvalo jen 90 dní. V chladu mezihvězdného prostoru by to trvalo 2, 7 milionu let.
mohl by být tento účinek testován v laboratoři? Manjavacas říká, že experiment by vyžadoval ultra-vysoké vakuum a vysoce přesné lasery k zachycení nanočástic, podmínky, které jsou „náročné, ale dosažitelné v dohledné budoucnosti“.
John Pendry z Imperial College v Londýně nazývá analýzu „jemným dílem“ a říká, že by mohla poskytnout pohled na to, zda jsou kvantové informace někdy zničeny, například když padnou do černé díry. Říká, že skutečné fotony emitované během procesu zpomalení by měly obsahovat informace o kvantovém stavu rotující částice, stejně jako se předpokládá, že fotony uniknou z černých děr, protože Hawkingovo záření kóduje informace o dírách.
“ Toto je jeden z mála elementárních procesů, které přeměňují to, co se zdá být čistě klasickou mechanickou energií, na vysoce korelovaný kvantový stav,“ říká Pendry.
jak se vznášet nad vakuem
Houdini by byl hrdý. Zdá se, že existuje způsob, jak levitovat objekt ve vakuu pouhým směrováním kvantových fluktuací.
trik zahrnuje Casimirův efekt, ve kterém jsou objekty velmi blízko sebe taženy dohromady díky kvantovým výkyvům ve vakuu mezi nimi a kolem nich. Když jsou například dvě desky stále blíže k sobě, může dojít k menšímu kolísání v mezeře mezi nimi. Výkyvy na jejich vnějších stranách však pokračují jako obvykle. Tento tlakový rozdíl na obou stranách desek je nutí držet pohromadě.
v posledních letech se fyzici snaží vyvinout způsoby, jak zvrátit Casimirův efekt a odrazit blízké objekty, což způsobí jejich levitaci. Předchozí návrhy zahrnovaly vložení různých materiálů mezi objekty, které mají být odpuzovány – například exotické metamateriály, které ohýbají elektromagnetické vlny opačným způsobem, než se očekávalo, a zvrátily Casimirův efekt.
nyní Stanislav Maslovski a Mário Silveirinha z University of Coimbra v Portugalsku nastíní způsob, jak odpuzovat předměty bez výplňového materiálu. Jejich nastavení, popsané v článku, který se objeví ve fyzickém přehledu A, používá stříbrné pruty široké 40 nanometrů uvízlé v substrátu jako svíčky na dortu.
kovové „svíčky“by směrovaly výkyvy mezi nimi a tlačily cokoli, co by tam bylo umístěno. Takže pokud byla perforovaná kovová tyč spuštěna přes svíčky, se svíčkou propíchnutou každou dírou, měla by tyč plavat, odpuzována ve všech směrech svíčkami mezi a kolem každé díry.
více k těmto tématům:
- kosmologie
