Tweeter button Facebook button Youtube button

Кофе с квантовой пенкой

03/12/2012
By

Квантовая пена

Квантовая пена

Известный физик из Израиля Яков Бекенштейн предложил простую схему эксперимента, способного подтвердить или опровергнуть существование квантовой пены. Эта самая квантовая пена, которую любят теоретики, является для экспериментаторов изрядной головной болью, так как никто до сих пор не мог предложить опыт, доказывающий реальность ее существования.

Собственно говоря, сам термин "квантовая пена" является некоторой условностью, поскольку структура мироздания, обозначаемая этим словосочетанием, на обычную пену совсем не похожа — с таким же успехом можно называть данный феномен, например, "квантовыми сотами". Однако суть от этого совершенно не изменится, поскольку речь идет о вполне определенном явлении. Правда, сразу следует отметить, что пока еще никому не удалось экспериментально доказать существование этой самой квантовой пены.

Впервые термин "квантовая пена" появился в 80-х годах прошлого века, когда физики Ли Смолин, Абэй Аштекар, Тэд Джекобсон и Карло Ровелли создали так называемую теорию петлевой квантовой гравитации. Согласно ее положениям, пространство и время не являются непрерывными, а состоят из дискретных частей. Они представляют собой маленькие квантовые ячейки пространства (квантовые — потому что их размеры не превышают кванта длины, то есть 10-35 м), определенным способом соединенные друг с другом. Поэтому на малых масштабах времени и длины они создают пеструю, дискретную структуру пространства, и лишь на больших масштабах оно становится непрерывным и гладким — таким мы его и ощущаем.

Но что же может происходить в этих мельчайших элементарных ячейках мироздания? По мнению ученых, множество удивительных вещей. Например, представьте себе, что вы спокойно сидите в своей комнате, и вдруг в ней внезапно образуется черная дыра. Так вот, в макромире подобное просто невозможно, поскольку для появления в вашем доме той же черной дыры нужно, чтобы из ничего появилась энергия, эквивалентная нескольким сотням масс Земли, причем за так называемое планковское время (10-43 с). Совершенно очевидно, что подобное не осуществимо — в макромире время, необходимое для появления такого количества энергии, измеряется сотнями тысяч, а то и миллионами лет.

А вот в квантовой ячейке такие процессы — дело совершенно обычное. На очень коротких промежутках времени в весьма небольших областях пространства вполне может самопроизвольно появляться энергия, достаточная для превращения этого кусочка пространства в черную дыру. Причем вовсе не из "ничего", поскольку закон сохранения энергии справедлив и для квантовых ячеек. Просто всем известный принцип неопределенности Гейзенберга (подробнее о нем читайте в статье "Физики добавили в наш мир определенности") позволяет энергии превращаться в частицу и античастицу, а затем аннигилировать, порождая вновь ту же энергию, без формального нарушения закона её сохранения.

Можно сказать, что "жизнь" в квантовых ячейках просто бьет ключом — постоянно то возникают, то исчезают частицы, меняется сама структура пространства и времени, и ни на один момент в них нет ни капли стабильности, сплошные флуктуации. Все это отчасти похоже на процессы образования пены в процессе биения волн о берег. Поэтому-то и появился термин "квантовая пена".

Следует сказать еще и о том, что, по мнению ряда физиков, основой для столь интенсивных процессов в квантовых ячейках служат так называемые квантовые колебания вакуума. Энергия этих колебаний есть не что иное, как энергия основного состояния системы, и при этом она практически бесконечна (хотя с точки зрения квантовой механики ее практически невозможно использовать). И если некоторые ученые считают, что такой энергии вполне хватает для того, чтобы каждую секунду возникали новые Вселенные, то вполне логично предположить, что для поддержания непрерывного "бурления" квантовых ячеек ее вполне достаточно.

Представление о квантовой пене уже давно вызывает симпатии многих теоретиков — оно весьма красиво, логично, и, главное, может разрешить большое количество физических парадоксов. А вот для экспериментаторов эта самая пена до сих пор является изрядной головной болью. И дело даже не в том, что измерить характеристики процессов, происходящих в столь малом масштабе, до сих пор весьма сложно с технической точки зрения. Просто исходя из вышеупомянутого принципа неопределенности, невозможно единовременно определить изменение всех характеристик столь малых объектов — сам факт измерения уже нарушит исходное значение некоторых из них. Проще говоря, ученые даже не представляют, каким образом нужно спланировать эксперимент, который мог бы подтвердить или опровергнуть существование квантовых ячеек.

Однако недавно известный израильский физик-теоретик Яков Бекенштейн из Еврейского университета в Иерусалиме опубликовал работу, в которой изложил простую схему "настольного" эксперимента, способного подтвердить или опровергнуть существование квантовой пены. Сразу скажу, что речь идет о том самом ученом, который доказал, что черные дыры подчиняются началам термодинамики, сила гравитации играет там роль температуры, а площадь поверхности горизонта событий пропорциональна энтропии. Именно исходя из его построений Стивен Хокинг смог сформулировать свою известную теорию излучения черных дыр (позже его назвали хокинговским излучением).

Так вот, Бекенштейн считает, что для обнаружения пены можно использовать предельно простое оборудование. Нужно просто обстреливать одиночными фотонами кусок стекла. В итоге каждое попадание частицы в атом придаст последнему механический импульс, в результате чего атом изменит свое положение в пространстве. Ну, а поскольку импульс одиночного фотона ничтожен, то, соответствующим образом подобрав его энергию и длину волны, можно добиться того, что результирующее изменение положения атома будет меньше той самой планковской длины.

В итоге получится следующая картина — если квантовая пена действительно существует и может деформировать пространство-время подобно черным дырам в макромире, то есть предельно замедляя его течение и меняя размеры, то изменение положения стекла в пространстве будет невозможно. Это произойдет из-за того, что данный процесс нарушит закон сохранения импульса. Ну, а раз так, то выходит, что фотон вообще не должен попасть в кусок стекла. И это на самом деле достаточно легко зафиксировать — приборы, способные зарегистрировать факт прохождения через стекло одиночного фотона, уже существуют.

Как видите, этот эксперимент в принципе можно провести даже в обычной городской квартире — для него не нужны специальные условия. И это весьма обнадежило многих экспериментаторов — у них впервые появилась возможность наконец-то "поймать" эту неуловимую квантовую пену. Сейчас методика Бекенштейна активно обсуждается и проверяется, и если результаты таких проверок будут удовлетворительными, то предложенный им эксперимент может быть поставлен уже в ближайшее время…

Антон Евсеев

Источник Правда.ру

Tags:

6 Responses to Кофе с квантовой пенкой

  1. Баир Жамбалов on 06/10/2014 at 12:39

    Является ли квантовая пена фундаментом для Мультиверса? Множественность вселенных - самая грандиозная тайна в постижении истины. И поле воображения для фантастов.

    • admin
      admin on 06/10/2014 at 17:44

      А по-моему, самая грандиозная тайна - это тайна возникновения материи во всех её видах. В том числе и во множестве вселенных

  2. Пенни on 21/11/2014 at 21:23

    Некоторым ученым не мешало бы повторить школьный курс физики. При попадании фотона в атом происходит либо отклонение фотона от траектории, либо его поглощение с испусканием электрона (явление фотоэффекта).

  3. Анастасия on 21/02/2015 at 17:57

    Ответьте, пожалуйста, на такой уточняющий вопрос: можно ли тогда говорить, что вся вселенная создана из квантовой пены? Тогда ее масштабы равны размеры Вселенной? Или я все неправильно поняла?

    • admin
      admin on 24/02/2015 at 13:39

      Можно. Еще можно говорить о том, что Вселенная родилась из элемента Планковской величины т.е. порядка 10-43 сантиметра, претерпела инфляцию (раздувание) до практически современных размеров. Вот эта пенка и раздувалась за крохотные доли секунды.

  4. Александр on 01/06/2015 at 16:00

    Основой квантовой пены являются виртуальные черные дыры. Рождение виртуальных черных дыр энергетически наиболее выгодно в трехмерном пространстве, что скорее всего и обусловило наблюдаемую трехмерность макроскопического пространства. На эту тему смотрите статью в Википедии "Планковская длина" (дополнения 1 и 2).

Оставить комментарий

Ваш email не будет опубликован. Обязательные поля отмечены *

amplifier for 8 speakers
Алёна Петрова

ПОПУЛЯРНЫЕ

В началоВ начало
sonos multi-room music system zonebridge br100 sonos multi room music system zoneplayer zp120 + zp90 sonos multi-room music system zone bridge br100 box multi room speaker system airplay apple multi room speaker system