Vákuum nie je prázdne. Vedci našli dôkaz, ktorý mení chápanie fyziky

Fyzika dlhé roky pracovala s teóriou, že priestor, ktorý považujeme za prázdny, je v skutočnosti plný tzv. virtuálnych častíc. Tie sa neustále objavujú a zanikajú, čím vytvárajú špecifické pole. Tento jav, označovaný ako vakuová dvojlomnosť (vacuum birefringence), bol doteraz len matematickou predpoveďou, ktorú bolo takmer nemožné v praxi zachytiť.

Situácia sa však zmenila po dôkladnom pozorovaní magnetaru s označením 1E 1547.0-5408. Tieto extrémne objekty, ktoré sú pozostatkami hviezd s gigantickými magnetickými poľami, sa stali ideálnymi laboratóriami pre modernú vedu. Výsledky publikované v prestížnom vedeckom časopise Nature naznačujú, že práve tu sa nám podarilo zachytiť odtlačok kvantového sveta v reálnom čase.

Magnetar disponuje magnetickým poľom, ktoré je viac ako 100-miliónkrát silnejšie než čokoľvek, čo dokážeme vytvoriť v pozemských podmienkach. Práve táto intenzita dokáže ovplyvniť „more“ virtuálnych častíc, čo následne spôsobuje, že svetlo pri prechode týmto poľom mení svoj smer a polarizáciu. Ide o kľúčový moment, ktorý odlišuje prázdny priestor od priestoru ovplyvneného kvantovými efektmi.

Kozmický laboratórium v extréme

Výskumný tím, v ktorom figuroval aj doktor Marcus Lower zo Swinburne University of Technology, využil na zber dát špičkové prístroje. Kľúčovú úlohu zohral röntgenový teleskop IXPE (Imaging X-ray Polarimetry Explorer) od NASA, ktorý dokáže detegovať polarizáciu žiarenia. Doplnili ho merania z teleskopu NICER na palube Medzinárodnej vesmírnej stanice a austrálskeho rádioteleskopu Murriyang.

Vedci analyzovali polarizáciu röntgenového a rádiového žiarenia prichádzajúceho z magnetaru počas jeho rotácie. Ukázalo sa, že orientácia magnetických a rotačných osí hviezdy 1E 1547 je v ideálnom postavení voči pozorovateľovi. Toto špecifické zarovnanie umožnilo tímu sledovať oscilácie svetla, ktoré sa správajú presne podľa predpokladov kvantovej elektrodynamiky.

Výskum ukazuje, že vysoké úrovne polarizácie, ktoré namerali, priamo súvisia s tým, ako magnetické pole hviezdy usmerňuje virtuálne častice vo vákuu. Vďaka tomu sa podarilo získať dáta, ktoré sú konzistentné s 90-ročnou teóriou o správaní sa svetla v extrémne silných magnetických poliach.

Prepisovanie učebníc fyziky

Ak sa interpretácia týchto dát potvrdí, otvorí to dvere k novému spôsobu testovania kvantovej mechaniky. Nie je to prvýkrát, čo vedci narážajú na hranice nášho poznania hmoty; podobné vzrušenie vyvolalo aj to, keď vedci odhalili skryté tajomstvá protónu, ktoré sme desaťročia úplne prehliadali. Podobné objavy neustále menia naše chápanie základných stavebných kameňov reality.

Zatiaľ čo niektorí skeptici upozorňujú na potrebu ďalších simulácií, tím okolo doktora Lowera je optimistický. Pokročilé superpočítače, ako napríklad Ngarrgu Tindebeek, umožnia v najbližších mesiacoch ešte presnejšie oddeliť kvantový signál od bežných astrofyzikálnych javov, ktoré sprevádzajú neutrónové hviezdy.

V širšom kontexte ide o fascinujúci posun. Ako sme informovali v prípade, keď vedci prepisovali evolučnú históriu života na Zemi, veda neustále naráža na limity starých modelov. Aj v prípade vákuovej dvojlomnosti sme svedkami toho, ako nám vesmír cez objekty ako magnetary dovolí nahliadnuť do procesov, ktoré sú pre nás na Zemi nedosiahnuteľné.

Budúce pozorovania s pomocou vylepšených detektorov a presnejších modelov by mali definitívne uzavrieť Heisenbergovu výzvu. Potvrdenie existencie vakuovej dvojlomnosti by nielenže potvrdilo základné pilier kvantovej fyziky, ale poskytlo by nám aj nový nástroj na mapovanie magnetických polí v najvzdialenejších častiach vesmíru.

Výsledky tohto výskumu nie sú len akademickým cvičením. Pochopenie interakcie medzi svetlom, hmotou a vákuom je kľúčové pre všetky technológie budúcnosti, ktoré budú pracovať s kvantovými javmi. Vesmír sa tak stáva stále viac zrozumiteľným miestom, hoci sa nám často zdá byť čoraz podivnejším.

Čítajte viac z kategórie: Vesmír a veda