לפי מכניקת הקוונטים, ואקום אינו ריק כלל. הוא למעשה מלא באנרגיה קוונטית וחלקיקים הממצמצים פנימה ומחוץ לקיום לרגע חולף - אותות מוזרים המכונים תנודות קוונטיות.
במשך עשרות שנים, היה רק אי פעםראיות עקיפותשל התנודות הללו, אבלעוד ב-2015, טענו חוקרים שזיהו את התנודות התיאורטיות ישירות. ועכשיו אותו צוות אומר שהם הלכו צעד קדימה, לאחר שתמרנו את הוואקום עצמו, וזיהו את השינויים באותות המוזרים האלה בריק.
אנחנו נכנסים כאן לטריטוריה של פיזיקה ברמה גבוהה, אבל מה שבאמת חשוב בניסוי הזה הוא שאם התוצאות הללו יאוששו, ייתכן שהחוקרים פשוט פתחו דרך לצפות, לחקור ולבדוק את התחום הקוונטי מבלי להפריע זֶה.
זה חשוב, כי אחת הבעיות הגדולות ביותר במכניקת הקוונטים - וההבנה שלנו לגביה - היא שבכל פעם שאנו מודדים ומתבוננים במערכת קוונטית,אנחנו הורסים את זה, מה שלא מבשר טובות כשאנחנו רוצים להקניט מה באמת קורה בעולם הקוונטי.
כאן נכנס אליו הוואקום הקוונטי.
קודם כל, בואו נחשוב על ואקום בצורה קלאסית - כחלל נטול חומר לחלוטין, עם האנרגיה הכי נמוכה שאפשר. אין שם חלקיקים, ואין מה להפריע לפיזיקה הטהורה.
אבל תוצר לוואי של אחד העקרונות הבסיסיים ביותר במכניקת הקוונטים,עקרון אי הוודאות של הייזנברג, קובע כי יש גבול לכמה אנחנו יכולים לדעת על חלקיקים קוונטיים, וכתוצאה מכך, ואקום אינו ריק, הוא למעשה מזמזם באנרגיה מוזרה משלו, ומתמלא בזוגות חלקיקים-אנטי-חלקיקים המופיעים ונעלמים באקראי.
אלה דומים יותר לחלקיקים "וירטואליים" מאשר לחומר פיזי, כך שבדרך כלל אינך יכול לזהות אותם. אבל למרות שהם בלתי נראים, כמו רוב הדברים בעולם הקוונטי, הם משפיעים בעדינות על העולם האמיתי.
תנודות קוונטיות אלו מייצרות שדות חשמליים משתנים באופן אקראי שיכולים להשפיע על אלקטרונים, וכך הדגימו לראשונה מדענים בעקיפיןנוכחותם עוד בשנות הארבעים.
במשך עשרות שנים, זה היה כל מה שהיינו צריכים להמשיך.
ואז, בשנת 2015, צוות בראשות אלפרד לייטנסטורפר מאוניברסיטת קונסטנץ בגרמניה טען שהם זיהו ישירות את התנודות הללו, על ידי התבוננות בהשפעתן על גל אור. התוצאות היופורסם במַדָע.
כדי לעשות זאת, הם ירו דופק לייזר סופר קצר - שנמשך רק כמה פמט-שניות, שהם מיליונית מיליארדית השנייה - לתוך ואקום, והצליחו לראות שינויים עדינים בקיטוב האור. הם אמרו שהשינויים הללו נגרמו ישירות על ידי התנודות הקוונטיות.
זאת טענה שכןעדיין בוויכוח, אבל החוקרים לקחו כעת את הניסוי שלהם לשלב הבא על ידי 'סחיטת' הוואקום, ואומרים שהם הצליחו לצפות בשינויים המוזרים בתנודות הקוונטיות כתוצאה מכך.
זו לא רק הוכחה נוספת לקיומן של התנודות הקוונטיות הללו - היא גם מעידה על כך שהם המציאו דרך לצפות בניסויים בעולם הקוונטי מבלי לקלקל את התוצאות, שזה משהו שבדרך כלל ישמיד את המצב הקוונטי. .
"אנו יכולים לנתח מצבים קוונטיים מבלי לשנות אותם בקירוב הראשון,"אמר לייטנסטורפר.
בדרך כלל כאשר אתה מחפש את ההשפעות של תנודות קוונטיות על חלקיק אור בודד, תצטרך לזהות את חלקיק האור הזה, או להגביר אותו, כדי לראות את ההשפעה. וזה יסיר את 'החתימה הקוונטית' שנותרה על הפוטון הזה, וזה דומה למה שהצוות עשה בניסוי של 2015.
הפעם, במקום להסתכל על השינויים בתנודות הקוונטיות על ידי קליטה והגברה של פוטונים של אור, הצוות חקר את האור בתחום הזמן.
זה נשמע מוזר, אבל בחלל ריק,מרחב וזמןמתנהגים באותו אופן, אז אפשר לבחון אחד כדי ללמוד יותר על השני.
כשעשה זאת, הצוות ראה שכאשר הם 'סחטו' את הוואקום, זה עבד כמו סחיטת בלון, והפיץ מחדש את התנודות הקוונטיות המוזרות בתוכו.
בנקודות מסוימות, התנודות נעשו הרבה יותר חזקות מ"רעש" הרקע של שואב ריק לא סחוט, ובחלקים מסוימים, הן היו שקטות יותר.
לייטנסטורפר משווה את זה לפקק - כשיש צוואר בקבוק שמצטברות מכוניות מאחור, לפני הנקודה הזו, צפיפות המכוניות תרד שוב.
אותו דבר קורה בוואקום, במידה מסוימת - ככל שהוואקום נדחס במקום אחד, התפלגות התנודות הקוונטיות משתנה, והן יכולות להאיץ או להאט כתוצאה מכך.
ניתן למדוד את ההשפעה הזו על תחום הזמן, שתוכל לראות להלן בתרשים על מרחב-זמן. הבליטה באמצע היא ה'סחיטה' בוואקום:
כפי שאתה יכול לראות, כתוצאה מהלחיצה, יש כמה בליפים בתנודות.
אבל משהו מוזר נוסף קורה גם, נראה שהתנודות במקומות מסוימים יורדות מתחת לרמת רעש הרקע, הנמוכה ממצב הקרקע של חלל ריק, משהו שהמדענים מכנים "תופעה מדהימה".
"מכיוון שטכניקת המדידה החדשה לא חייבת לספוג את הפוטונים למדידה או להגביר אותם, ניתן לזהות ישירות את רעשי הרקע האלקטרומגנטיים של הוואקום ובכך גם את הסטיות המבוקרות ממצב הקרקע הזה, שנוצרו על ידי החוקרים."מסביר הודעה לעיתונות.
הצוות בודק כעת עד כמה הטכניקה שלהם מדויקת וכמה הם יכולים ללמוד ממנה.
למרות שהתוצאות עד כה מרשימות, עדיין יש סיכוי שהצוות השיג רק מה שנקרא מדידה חלשה - סוג של מדידה שלא מפריעה למצב הקוונטי, אבל למעשה לא מספרת לחוקרים הרבה על מערכת קוונטית.
אם הם יכולים ללמוד יותר באמצעות הטכניקה הזו, הם רוצים להמשיך להשתמש בה כדי לחקור את 'מצב האור הקוונטי', שהוא ההתנהגות הבלתי נראית של האור ברמה הקוונטית שרק התחלנו להבין.
יש צורך באימות נוסף כדי לשחזר את ממצאי הצוות ולהראות שהניסוי שלהם באמת עובד. אבל זה צעד ראשון די מגניב.
המחקר פורסם בטֶבַע.
