Można wykryć światło z próżni

Powstało „coś” z „niczego”. W końcu uda się namierzyć światło z próżni?

Czarne dziury są regionami czasoprzestrzeni o ogromnej grawitacji. Przez długi czas wydawało się, że nie może wydostać się z nich nic – nawet światło. Naukowcy mają jednak pomysł, jak można „zobaczyć” światło w próżni.

Natura czarnych dziur jest owiana tajemnicą od momentu, gdy ich istnienie zostało zaproponowane w ogólnej teorii względności Einsteina. Stephen Hawking z kolei odkrył, że niektóre cząstki mogą być emitowane na krawędzi czarnej dziury.

Na początku lat 70. ubiegłego wieku, kanadyjski fizyk William Unruh zaproponował, że odpowiednio przyspieszony fotodetektor może pozwolić dostrzec światło w próżni. Teraz naukowcy z Darthmouth College opisali sposób wykrywania światła, które wcześniej uważano za nieobserwowalne. Ma to stać się podstawą nowego eksperymentu.

W potocznym rozumieniu, wyniki badań zaskakująco sugerują możliwość wytwarzania światła z próżni. To w istocie coś powstające z niczego – myśl o tym jest odkrywcza.

Miles Blencowe z Dartmouth College, główny autor badań

Jak wykryć niewykrywalne?

Zgodnie z prawami fizyki klasycznej, próżnia jest postrzegana jako brak materii, światła i energii. Dla fizyki kwantowej próżnia wcale nie jest „pusta”, ale wypełniona fotonami, które „żyją” bardzo krótko i stopniowo przestają istnieć. Takie światło jest jednak praktycznie niemożliwe do detekcji.

Jeden z elementów ogólnej teorii Einsteina – zasada równoważności – określa związek między przewidywaniami Hawkinga dotyczącymi promieniowania czarnych dziur a koncepcją Unruha mówiącą o detektorach wykrywających „niewidzialne” światło.

Czarne dziury emitują promieniowanie – jak je wykryć?

Teraz zespół uczonych z Darmouth postanowił opracować praktyczny sposób detekcji „niewykrywalnych” fotonów. Został on opisany w Nature Research’s Communications Physics i przewiduje, że niedoskonałości oparte na azocie w szybko przyspieszającej membranie diamentowej mogą wykryć fotony z próżni.

Uczeni chcą przeprowadzić eksperyment, w którym syntetyczny diament wielkości znaczka pocztowego, zawieszony w superzimnym metalowym pudełku, w którym panuje próżnia, będzie w stanie wykryć fotony z próżni. W teorii.

Ruch diamentu produkuje fotony. W istocie, wszystko co musisz zrobić, to potrząsnąć czymś wystarczająco gwałtownie, aby wyprodukować splątane fotony.

Hui Wang, autor badań

Po co to wszystko?

Praca naukowców z Dartmouth bada wykorzystanie wielu detektorów fotonów do zwiększenia czułości pomiaru. Oscylacja diamentu pozwala także na przeprowadzenie eksperymentu w kontrolowanej przestrzeni przy dużych prędkościach przyspieszenia.

Nasza praca jest pierwszą, która bada, co się dzieje, gdy jest wiele przyspieszających fotodetektorów zamiast jednego. Odkryliśmy wzmocniony kwantowo efekt tworzenia światła z próżni, gdzie kolektywny efekt wielu przyspieszających detektorów jest większy niż rozpatrywanie ich pojedynczo.

Miles Blencowe

Aby potwierdzić, że namierzone fotony pochodzą z próżni, a nie z otoczenia, zespół sugeruje, że powinno dać się wykryć „splątane światło”, czyli odrębną cechę mechaniki kwantowej, która nie może pochodzić z promieniowania zewnętrznego.

Czytaj też: Wykryli świetlne „echo”, które wypuściła czarna dziura. To potwierdza słowa Einsteina

Fotony wykryte przez diament są produkowane w parach. Ta produkcja sparowanych, splątanych fotonów jest dowodem na to, że fotony są produkowane w próżni, a nie z innego źródła.

Hui Wang

Trzeba dodać, że do tej pory nie przeprowadzono żadnego eksperymentu i nie wykryto światła z próżni. Jest jednak pomysł, jak to zrobić. Fizycy mają nadzieję, że dzięki temu uda się zrozumieć siły, które kształtują naszą rzeczywistość. Badania mogą rzucić nowe światło na przewidywania Hawkinga dotyczące promieniowania czarnych dziur.

Część odpowiedzialności i radości z bycia teoretykami, takimi jak my, polega na przedstawianiu pomysłów. Próbujemy pokazać, że wykonanie tego eksperymentu jest wykonalne, przetestować coś, co do tej pory było niezwykle trudne.

Miles Blencowe