David Harris
Don ’ t stop me now
(Kuva: Ellinor Hall/Johner / Corbis)
tyhjiössä pyörivän pallon ei pitäisi koskaan hidastaa vauhtiaan, koska siihen eivät vaikuta mitkään ulkopuoliset voimat. Niin Newton olisi sanonut. Mutta entä jos tyhjiö itsessään luo eräänlaista kitkaa, joka jarruttaa pyöriviä esineitä? Vaikutus, joka saattaa pian olla havaittavissa, voi vaikuttaa tähtienvälisiin pölyhiukkasiin.
kvanttimekaniikassa epävarmuusperiaatteen mukaan emme voi koskaan olla varmoja siitä, että näennäinen tyhjiö on todella tyhjä. Sen sijaan avaruus poreilee fotoneilla, joita putkahtelee jatkuvasti olemassaoloon ja sieltä pois ennen kuin niitä voidaan mitata suoraan. Vaikka nämä ”virtuaaliset” fotonit esiintyvät vain hetkellisesti, ne kohdistavat kohtaamiinsa kohteisiin samat sähkömagneettiset voimat kuin normaalit fotonit.
Mainos
nyt, Alejandro Manjavacas ja F. Javier García de Abajo Espanjan kansallisen tutkimusneuvoston Optiikan instituutista Madridista sanoo, että näiden voimien pitäisi hidastaa kappaleiden pyörimistä. Aivan kuten nokkakolari lyö isommin kuin kahden auton välinen napautus toinen toisensa jälkeen, virtuaalinen fotoni, joka osuu kappaleeseen sen pyörimissuuntaan nähden vastakkaiseen suuntaan, törmää voimakkaammin kuin jos se osuu samaan suuntaan.
niinpä ajan myötä pyörivä kappale hiljenee vähitellen, vaikka yhtä monta virtuaalista fotonia pommittaisi sitä joka puolelta. Sen menettämä pyörimisenergia säteilee sitten todellisina, havaittavina fotoneina (fysikaalinen Review A, doi&kaksoispiste; 10.1103/PhysRevA.82.063827).
vaikutuksen voimakkuus riippuu kohteen meikistä ja koosta. Esineet, joiden elektroniset ominaisuudet estävät niitä absorboimasta helposti sähkömagneettisia aaltoja, kuten kulta, saattavat hidastaa vain vähän tai eivät lainkaan. Mutta pienet, matalatiheyksiset hiukkaset, joiden pyörimisliike on vähäisempää, hidastuvat dramaattisesti.
hidastumisnopeus riippuu myös lämpötilasta, sillä mitä kuumempi se on, sitä enemmän virtuaalisia fotoneja putkahtaa sisään ja ulos, jolloin syntyy kitkaa. Huoneenlämpötilassa 100 nanometrin levyisen grafiittijyvän, jota on runsaasti tähtienvälisessä pölyssä, hidastuminen noin kolmasosaan alkunopeudestaan kestäisi noin 10 vuotta. 700 °C: ssa, joka on maailmankaikkeuden kuumien alueiden keskilämpötila, sama nopeuden lasku kestäisi vain 90 päivää. Tähtienvälisen avaruuden kylmyydessä se kestäisi 2,7 miljoonaa vuotta.
voitaisiinko tätä vaikutusta testata laboratoriossa? Manjavacas sanoo, että koe vaatisi erittäin korkean tyhjiön ja korkean tarkkuuden laserit vangitsemaan nanohiukkaset, olosuhteet, jotka ovat ”vaativia, mutta saavutettavissa lähitulevaisuudessa”.
John Pendry Imperial Collegesta Lontoosta kutsuu analyysiä ”hienoksi työksi” ja sanoo, että se voisi tarjota oivalluksia siitä, tuhoutuuko kvanttitieto koskaan esimerkiksi sen pudotessa mustaan aukkoon. Hän sanoo, että hidastumisprosessin aikana vapautuvien todellisten fotonien pitäisi sisältää tietoa pyörivän hiukkasen kvanttitilasta, samaan tapaan kuin fotonien ajatellaan pakenevan mustista aukoista, kuten Hawkingin säteilyn ajatellaan koodaavan tietoa aukoista.
”tämä on yksi harvoista alkeisprosesseista, joka muuntaa puhtaasti klassiselta vaikuttavan mekaanisen energian hyvin korreloivaan kvanttitilaan”, Pendry sanoo.
miten leijua tyhjiön yläpuolella
Houdini olisi ylpeä. Vaikuttaa siltä, että on olemassa tapa levitoida kappale tyhjiössä vain kanavoimalla kvanttivaihtelut.
temppuun liittyy Casimir-ilmiö, jossa hyvin lähellä toisiaan olevat kappaleet vedetään yhteen niiden välillä ja ympärillä olevan tyhjiön kvanttivaihteluiden ansiosta. Kun esimerkiksi kaksi levyä tuodaan yhä lähemmäksi toisiaan, niiden välisessä raossa voi esiintyä vähemmän vaihtelua. Heilahtelut niiden ulkolaidoilla jatkuvat kuitenkin normaalisti. Tämä paine-ero levyjen kummallakin puolella pakottaa ne pysymään yhdessä.
viime vuosina fyysikot ovat yrittäneet kehittää tapoja kumota Kasimir-ilmiö ja torjua lähellä olevia kappaleita aiheuttaen niiden levitaation. Aiempiin ehdotuksiin on kuulunut erilaisten materiaalien lisääminen torjuttavien kohteiden väliin – kuten eksoottiset metamateriaalit, jotka taivuttavat sähkömagneettisia aaltoja päinvastaisella tavalla kuin oletettiin, kumoten Casimir-ilmiön.
nyt Stanislav Maslovski ja Mário Silveirinha Coimbran yliopistosta Portugalista hahmottelevat tavan torjua kohteita, joissa ei ole täyteainetta. Niiden asennus, kuvattu paperi näkyvät Physical Review A, käyttää 40-nanometrin laajuisia hopea tangot juuttunut alustaan kuin kynttilät kakku.
metalliset ”kynttilät”kanavoivat niiden väliset vaihtelut työntäen kaiken sinne sijoitetun pois. Jos siis kynttilöiden päälle laskettiin rei ’ itetty metallitanko, jolloin kynttilä tökkäsi jokaisen reiän läpi, tangon pitäisi kellua, jolloin kynttilät hylkivät joka suuntaan jokaisen reiän välissä ja ympärillä.
lisää näistä aiheista:
- kosmologia
