David Harris
nie zatrzymuj mnie teraz
(Zdjęcie: Ellinor Hall/Johner/Corbis)
piłka wirująca w próżni nigdy nie powinna zwalniać, ponieważ nie działają na nią żadne siły zewnętrzne. Przynajmniej tak powiedziałby Newton. Ale co, jeśli próżnia sama w sobie wytworzy rodzaj tarcia, które hamuje obracające się przedmioty? Efekt, który wkrótce może być wykrywalny, może działać na międzygwiezdne ziarna pyłu.
w mechanice kwantowej zasada nieoznaczoności mówi, że nigdy nie możemy być pewni, że próżnia pozorna jest naprawdę pusta. Zamiast tego, przestrzeń miesza się z fotonami, które ciągle pojawiają się i znikają, zanim można je zmierzyć bezpośrednio. Mimo że pojawiają się one tylko ulotnie, te „wirtualne” fotony wywierają te same siły elektromagnetyczne na napotkane obiekty, co normalne fotony.
Reklama
teraz Alejandro Manjavacas i F. Javier García de Abajo z Instytutu optyki Hiszpańskiej Narodowej Rady Badań Naukowych w Madrycie twierdzi, że siły te powinny spowolnić wirujące obiekty. Tak jak czołowe zderzenie powoduje większe uderzenie niż stuknięcie między dwoma samochodami jeden za drugim, wirtualny Foton uderzający w obiekt w kierunku przeciwnym do jego wirowania zderza się z większą siłą niż w przypadku uderzenia w tym samym kierunku.
więc z czasem wirujący obiekt stopniowo zwalnia, nawet jeśli równa liczba wirtualnych fotonów bombarduje go ze wszystkich stron. Energia obrotowa, którą traci, jest następnie emitowana jako rzeczywiste, wykrywalne fotony (Physical Review a, doi: 10.1103 / PhysRevA.82.063827).
Siła efektu zależy od makijażu i wielkości obiektu. Przedmioty, których właściwości elektroniczne uniemożliwiają im łatwe pochłanianie fal elektromagnetycznych, takie jak złoto, mogą spowolnić niewiele lub wcale. Ale małe cząstki o niskiej gęstości, które mają mniejszy moment obrotowy, dramatycznie zwalniają.
szybkość hamowania zależy również od temperatury, ponieważ im gorętsza jest, tym więcej wirtualnych fotonów pojawia się i znika, powodując tarcie. W temperaturze pokojowej ziarno grafitu o szerokości 100 nanometrów, które jest bogate w pył międzygwiezdny, zwolniłoby około 10 lat do około jednej trzeciej swojej początkowej prędkości. Przy 700 °C, średniej temperaturze dla gorących obszarów wszechświata, ten sam spadek prędkości zajęłby tylko 90 dni. W chłodnej przestrzeni międzygwiezdnej zajęłoby to 2,7 miliona lat.
czy ten efekt można przetestować w laboratorium? Manjavacas twierdzi, że eksperyment wymagałby ultra-wysokiej próżni i precyzyjnych laserów, aby złapać nanocząstki, warunki, które są „wymagające, ale osiągalne w dającej się przewidzieć przyszłości”.
John Pendry z Imperial College w Londynie nazywa analizę „świetnym dziełem” i mówi, że może dostarczyć wglądu w to, czy informacja kwantowa zostanie kiedykolwiek zniszczona, na przykład, gdy wpadnie do czarnej dziury. Mówi, że prawdziwe fotony emitowane podczas procesu zwalniania powinny zawierać informacje o stanie kwantowym wirującej cząstki, tak jak fotony, które uciekają z czarnych dziur, jak uważa się, że promieniowanie Hawkinga koduje informacje o dziurach.
„jest to jeden z niewielu elementarnych procesów, który przekształca to, co wydaje się być czysto klasyczną energią mechaniczną w wysoce skorelowany stan kwantowy”, mówi Pendry.
jak unosić się nad próżnią
Wydaje się, że istnieje sposób na lewitację obiektu w próżni poprzez kierowanie fluktuacjami kwantowymi.
trik polega na efekcie Casimira, w którym obiekty bardzo blisko siebie są ściągane ze sobą dzięki kwantowym fluktuacjom w próżni pomiędzy nimi i wokół nich. Gdy dwie płytki są coraz bliżej siebie, na przykład, mniej fluktuacji może wystąpić w szczelinie między nimi. Wahania po ich zewnętrznych stronach trwają jednak normalnie. Ta różnica ciśnień po obu stronach płyt zmusza je do sklejania się.
w ostatnich latach fizycy próbują opracować sposoby odwrócenia efektu Casimira i odparcia pobliskich obiektów, powodując ich lewitację. Poprzednie sugestie obejmowały wstawianie różnych materiałów między obiekty, które mają być odpychane – takie jak egzotyczne metamateriały, które wyginają fale elektromagnetyczne w przeciwny sposób do oczekiwanego, odwracając efekt Casimira.
teraz Stanislav Maslovski i Mário Silveirinha z Uniwersytetu w Coimbrze w Portugalii przedstawiają sposób na odpychanie przedmiotów bez materiału wypełniającego. Ich konfiguracja, opisana w artykule, który ma się pojawić w Physical Review A, wykorzystuje srebrne pręty o szerokości 40 nanometrów, przyklejone do podłoża, jak świece na torcie.
metaliczne „świece” przekierowywałyby wahania między nimi, odpychając wszystko, co tam się znajduje. Jeśli więc perforowany metalowy pręt został opuszczony nad świecami, a świeca przebija każdy otwór, pręt powinien unosić się, odpychany we wszystkich kierunkach przez świece między i wokół każdego otworu.
więcej na te tematy:
- kosmologia
