Нескінченна вакуумна енергія в космосі дасть змогу людям досягти швидкості світла: у чому суть

У середині 20 століття нідерландський фізик Хендрік Казимир провів простий експеримент. Він помістив дуже близько один до одного два металеві предмети. Раптово вони почали зближуватися без впливу зовнішніх сил. Причина цього ховається в необмеженому джерелі вібрації, що знаходиться в самому вакуумі простору-часу. Цей експеримент дав змогу вченим побачити прояв квантової теорії на практиці. Квантові поля та їхні вібрації лежать в основі сучасного розуміння фізики та всієї еволюції Всесвіту. Завдяки роботі Казимира вчені дізналися, що нескінченна енергія пронизує космічний вакуум. У науковій фантастиці існує багато ідей, що пропонують використовувати вакуумну енергію для живлення двигунів зорельотів. Але це може стати реальністю, пише Popular Mechanics.

У Фокус. Технології з'явився свій Telegram-канал. Підписуйтесь, щоб не пропускати найсвіжіші та найзахопливіші новини зі світу науки!

Квантові поля

Гендрік Казимир дуже захопився квантовою фізикою, яка в середині 20 століття була незвичайною теорією космосу. Але в міру розвитку квантової теорії вона почала робити надзвичайно дивні твердження про Всесвіт. Квантовий світ дуже дивний і його дивність зазвичай невидима для нас.

Казимир відкрив спосіб вимірювання ефектів всюдисущих нескінченних квантових полів, просто використовуючи шматочки металу. Його робота показала, що квантова поведінка може проявлятися дивовижними способами, які можна виміряти. Вона також показала, що дивина квантової поведінки реальна і її не можна ігнорувати, і що тому, що говорить квантова механіка про роботу Всесвіту, потрібно вірити.

Згідно з квантовою фізикою частинки, такі як електрони, фотони, нейтрино та інші, не є тим, чим здаються. Навпаки, кожна з частинок, які ми бачимо в природі, насправді є лише частиною більш масштабних структур — квантових полів, які пронизують весь Всесвіт. Для кожного виду частинок існує квантове поле. Ці поля невидимі для нас, але вони складають фундаментальні будівельні блоки Всесвіту. Вони постійно вібрують і гудуть. Коли поля вібрують із достатньою енергією, з'являються частинки. Коли поля затихають, частинки зникають.

По суті частинки — це насправді локалізована вібрація квантового поля. Коли взаємодіють дві частинки, насправді це просто дві частини квантових полів, що взаємодіють одна з одною.

Справжнього вакууму не існує

Квантові поля завжди вібрують, навіть якщо ці вібрації недостатньо сильні, щоб створити частинку. Оскільки поля вібрують навіть у цьому випадку, це означає, що існує невидима вакуумна енергія, також відома як енергія нульової точки або енергія цих фундаментальних вібрацій. Існує нескінченна безліч вібрацій у кожному з квантових полів. Справжнього вакууму не існує, адже скрізь є квантові поля, що вібрують.

Якщо згадати експеримент Казимира з двома металевими пластинами, то квантові поля між ними повинні поводитися певним чином. У квантовому випадку між пластинами, як і раніше, існує нескінченна кількість вібрацій, але між пластинами не так багато нескінченних вібрацій, як поза пластинами.

У математиці не всі нескінченності однакові. Наприклад, можна взяти один із видів нескінченності, у якому потрібно додавати одне до одного послідовні числа від одиниці і так далі. Якщо продовжувати це додавання вічно, то можна досягти нескінченності. Є й інший приклад додавання, цього разу зі ступенем 10. Почати потрібно зі 101, а потім додавати 102, 103 і так далі. Якщо продовжувати це вічно, то також можна досягти нескінченності. Але в якомусь сенсі можна швидше дістатися до нескінченності.

Ефект Казимира

Використовуючи цей математичний прийом, можна відняти два види нескінченностей: між металевими пластинами і поза цими пластинами. У результаті буде отримано кінцеве число. Це означає, що зовні двох пластин дійсно більше квантових вібрацій, ніж усередині. Це явище призводить до висновку, що квантові поля поза пластинами зіштовхують дві пластини разом, що зараз називають ефектом Казимира. Зазвичай ми не бачимо, не відчуваємо і не відчуваємо ефект Казимира. Але коли потрібно створити мікро- і наномашини, доводиться враховувати ці додаткові сили.

З початку 21 століття фізики вивчають можливість того, що справді можна витягувати вакуумну енергію і використовувати її для отримання звичайної енергії. Навіть є деякі успішні спроби в цьому напрямку, коли енергія виникає внаслідок квантових флуктуацій. Тож можливо в майбутньому вакуумну енергію фізики навчаться використовувати для живлення двигунів космічних кораблів, які зможуть літати майже зі швидкістю світла.

Як уже писав Фокус, астрономи виявили джерело найяскравішого космічного вибуху в історії, але з'явилася інша загадка.