Pudełko pełne niczego. Dlaczego według fizyki absolutna próżnia to tylko iluzja?
Wyobraź sobie, że chcesz całkowicie opróżnić pudełko. Wyciągasz z niego wszystkie przedmioty, odpompowujesz każdą drobinę gazu, a korzystając z technologii rodem z science fiction, usuwasz nawet niewidzialną ciemną materię. Co zostaje w środku? Według zdrowego rozsądku: absolutne nic. Według mechaniki kwantowej: niewyczerpane, tętniące życiem pole energii.
Magazyn „Wired” w swoim najnowszym materiale naukowym bierze na warsztat jeden z najbardziej fascynujących i najmniej intuicyjnych konceptów współczesnej fizyki – tzw. energię punktu zerowego (zero-point energy). To zjawisko, które udowadnia, że w naszym wszechświecie coś takiego jak „całkowita pustka” po prostu nie ma prawa bytu.
Zasada nieoznaczoności i efekt Casimira
Aby zrozumieć ten fenomen, musimy cofnąć się do fundamentów fizyki kwantowej, a dokładnie do słynnej zasady nieoznaczoności Wernera Heisenberga. W uproszczeniu mówi ona, że nie możemy jednocześnie z absolutną dokładnością określić położenia i pędu (prędkości) cząstki. Gdyby cząstka w temperaturze zera bezwzględnego całkowicie się zatrzymała, jej położenie i pęd byłyby nam dokładnie znane. Natura na to nie pozwala.
Dlatego nawet w najgłębszej, zamrożonej próżni, pola kwantowe wciąż delikatnie „drgają” – można to opisywać jako nieustannie pojawiające się i znikające cząstki wirtualne. To właśnie owo nieuniknione zjawisko nazywamy energią punktu zerowego.
Co najważniejsze, to nie jest tylko matematyczny abstrakt. Doskonałym dowodem na istnienie tej energii jest efekt Casimira. Kiedy w absolutnej próżni umieścimy dwie nienaładowane, metalowe płytki niezwykle blisko siebie, mikroskopijne fluktuacje kwantowe wywrą na nie fizyczne ciśnienie, popychając je ku sobie. Jak zauważa dr Rebecca Boll, fizyczka eksperymentalna cytowana przez „Wired”: „To coś, co faktycznie odkryliśmy fizycznie i potrafimy zmierzyć”.
Grawitacja znikąd
Dlaczego to takie ważne na kosmiczną skalę? Ponieważ zgodnie z ogólną teorią względności Einsteina, każda forma energii ma masę, a więc tworzy grawitację.
„Wszystkie formy energii podlegają grawitacji. Obejmuje to również energię próżni, więc nie można jej po prostu zignorować” – tłumaczy Sean Carroll, wybitny fizyk z Johns Hopkins University.
I tu pojawia się największy ból głowy współczesnej nauki (tzw. problem stałej kosmologicznej). Kiedy fizycy próbują obliczyć, jak silne powinno być pole grawitacyjne wywołane przez tę wszechobecną energię punktu zerowego, wychodzą im wartości tak gigantyczne, że wszechświat powinien dawno zapaść się sam w sobie. Tymczasem tak się nie dzieje. Rozwiązanie tej rozbieżności to obecnie jeden ze „świętych Graali” fizyki teoretycznej.
Niezależnie od tego, jak potoczą się dalsze badania, jedno jest pewne – kiedy następnym razem spojrzysz na pozornie pusty pokój czy czarne niebo między gwiazdami, pamiętaj, że to tylko złudzenie. Nawet w absolutnym niczym drzemie potencjał, z którego utkana jest cała nasza rzeczywistość.
