Av David Harris
ikke stopp meg nå
(Bilde: Ellinor Hall / Johner / Corbis)
EN BALL som spinner i vakuum, bør aldri bremse, siden ingen ytre krefter virker på den. Det Er I Det Minste Det Newton ville ha sagt. Men hva om vakuumet selv skaper en type friksjon som setter bremsene på spinnobjekter? Effekten, som snart kan påvises, kan virke på interstellare støvkorn.
i kvantemekanikk sier usikkerhetsprinsippet at vi aldri kan være sikre på at et tilsynelatende vakuum er virkelig tomt. I stedet er rommet fizzing med fotoner som stadig dukker inn og ut av eksistensen før de kan måles direkte. Selv om de bare vises flyktig, utøver disse «virtuelle» fotonene de samme elektromagnetiske kreftene på objektene de møter som normale fotoner gjør.
Annonse
Nå, Alejandro Manjavacas Og F. Javier Garcupuna De Abajo Fra Optikkinstituttet ved det spanske Nasjonale Forskningsrådet i Madrid sier at disse styrkene skal senke spinnobjekter. Akkurat som en frontkollisjon pakker en større slag enn et trykk mellom to biler, en bak den andre, kolliderer en virtuell foton som rammer et objekt i retning motsatt sin spinn med større kraft enn om den treffer i samme retning.
så over tid vil et spinnende objekt gradvis avta, selv om like mange virtuelle fotoner bombarderer det fra alle sider. Rotasjonsenergien den mister, sendes deretter ut som ekte, detekterbare fotoner (Physical Review a, DOI: 10.1103/PhysRevA.82.063827).
effektens styrke avhenger av objektets sminke og størrelse. Objekter hvis elektroniske egenskaper hindrer dem i å absorbere elektromagnetiske bølger, som gull, kan bremse lite eller ikke i det hele tatt. Men små partikler med lav tetthet, som har mindre rotasjonsmoment, reduseres dramatisk.
retardasjonshastigheten avhenger også av temperatur, siden jo varmere det er, jo mer virtuelle fotoner kommer inn og ut av eksistensen, og produserer friksjonen. Ved romtemperatur vil et 100-nanometer bredt grafittkorn, den typen som er rikelig i interstellært støv, ta omtrent 10 år å bremse til omtrent en tredjedel av sin innledende hastighet. Ved 700 °C, en gjennomsnittstemperatur for varme områder i universet, vil den samme hastighetsreduksjonen bare ta 90 dager. I kulden i det interstellare rom vil det ta 2,7 millioner år.
Kan denne effekten testes i laboratoriet? Manjavacas sier eksperimentet ville kreve en ultra-høy vakuum og høy presisjon lasere å felle nanopartikler, forhold som er «krevende, men nås i overskuelig fremtid».
John Pendry Fra Imperial College i London kaller analysen et «fint stykke arbeid» og sier at det kan gi innsikt i om kvanteinformasjon blir ødelagt, for eksempel når den faller inn i et svart hull. Han sier at de virkelige fotonene som sendes ut under retardasjonsprosessen, skal inneholde informasjon om kvantetilstanden til spinnpartikkelen, mye som fotonene trodde å flykte fra svarte hull som Hawking-stråling antas å kode informasjon om hullene.
«dette er en av de få elementære prosessene som konverterer det som synes å være rent klassisk mekanisk energi til en høyt korrelert kvantetilstand,» Sier Pendry.
hvordan å flyte over et vakuum
Houdini ville være stolt. Det ser ut til at det er en måte å levitere et objekt i vakuum bare ved å kanalisere kvantesvingninger.
trikset innebærer Casimir-effekten, hvor objekter svært nær hverandre trekkes sammen takket være kvantesvingninger i vakuumet mellom og rundt dem. Når to plater blir stadig tettere sammen, kan det for eksempel oppstå færre svingninger i gapet mellom dem. Fluktuasjoner på ytre sider fortsetter imidlertid som normalt. Denne trykkforskjellen på hver side av platene tvinger dem til å holde seg sammen.
i de senere år har fysikere forsøkt å utvikle måter å reversere Casimir-effekten og avstøte nærliggende objekter, noe som får dem til å levitere. Tidligere forslag har inkludert å sette inn ulike materialer mellom objektene som skal avstøtes – for eksempel eksotiske metamaterialer, som bøyer elektromagnetiske bølger på motsatt måte enn forventet, reverserer Casimir-effekten.
Nå skisserer Stanislav Maslovski og Má Silveirinha fra Universitetet I Coimbra I Portugal en måte å avstøte gjenstander uten fyllmateriale. Deres oppsett, beskrevet i et papir som skal vises I Fysisk Gjennomgang A, bruker 40 nanometer brede sølvstenger fast i et substrat som lys på en kake.
de metalliske «lysene» ville kanalisere svingningene mellom dem, skyve alt plassert der borte. Så hvis en perforert metallstang ble senket over lysene, med et stearinlys som stakk gjennom hvert hull, skulle baren flyte, avstøt i alle retninger av lysene mellom og rundt hvert hull.
Mer om disse emnene:
- kosmologi
