Znanost KVANTNA 'MAGIJA'

Energija bi se mogla stvarati ni iz čega!?

  • Autor: NJD
  • 21.2.2012 18:20:16
  • 21.2.2012 15:17:52

Shakespeareov kralj Lear rekao je da ni iz čega ne može nastati ništa. Malo tko može prigovoriti ovoj tvrdnji - ona se podudara čak i sa zakonom o očuvanju energije

No fizičari poput Chrisa Wilsona misle drukčije. Naime, Wilson i njegov tim s Chalmers University of Technology u Göetborgu u Švedskoj još su prošle godine objavili rad u kojem su pokazali da ni iz čega može nastati nešto. U svojem istraživanju oni su utvrdili da stiskanjem praznog prostora u pojavi koja je poznata kao Casimirov efekt nastaje svjetlost. Ova kvantna pojava otkriva da čak i savršeni vakuum, koji je po definiciji ništavilo, sadrži latentnu moć koja se može iskoristiti za pokretanje objekata.

Posljednjih nekoliko desetljeća znanstvenici su naišli na brojne dokaze da vakuum sadrži energiju što je neke fizičare navelo na ideju da pokušaju konstruirati nanostrojeve koji bi je koristili, a neke druge na zaključak da je ona mogla imati ključnu ulogu u stvaranju i sudbini svemira. No ima i znanstvenika koji još uvijek ne vjeruju u energiju vakuuma. Koja je prava priča o ništavilu koje je nešto?

Ideja da je vakuum nemirno more nečega potječe još iz vremena rađanja kvantne fizike. Krajem 1920-ih njemački fizičar Werner Heisenberg predstavio je svoj slavni princip neodređenosti prema kojem su parovi mjerljivih veličina blisko povezani – što više znate o jednoj, manje možete saznati o drugoj. Energija i vrijeme jedan su od tih parova. To znači da ne možete precizno izmjeriti energiju nekog sustava, a da vrijeme ne bude definirano vrlo neodređeno. Drugim riječima, vrijeme potrebno za precizno mjerenje neke energije moralo bi biti gotovo neograničeno. Iz toga pak proizlazi da se nulta energija vakuuma nikada ne može precizno utvrditi. Dakle, prema kvantnoj teoriji čak je i savršeni vakuum ispunjen poljima koja stalno fluktuiraju poput valova i stvaraju mnogo čestica koje nastaju i ponovno nestaju, a vakuum ispunjavaju 'nultom energijom' koja je zapravo različita od nule.

Ova otkrića u narednim su desetljećima ponovno pokrenula stoljetne rasprave o pravoj prirodi ništavila, ali i eksperimente koji su, kako se čini, potvrdili dinamičnu prirodu vakuuma. Najzanimljiviji od svih proveo je danski fizičar Hendrik Casimir. On i njegov kolega Dirk Polder 1948. su pokušali shvatiti kako koloidi postoje u stanju stabilne ravnoteže. Koloidi su mješavine u kojima je jedna tvar ravnomjerno raspoređena u drugoj poput masnoća u vodenastoj otopini mlijeka. No pokazalo se da sile koje djeluju među molekulama u takvom mediju s razdaljinom opadaju brže nego što bi trebale. Iz toga su zaključili da na njih djeluju neke sile koje ih zbijaju zajedno i mješavini daju dodatnu stabilnost.

Na poticaj danskog kolege kvantnog fizičara Nielsa Bohra Casimir je izračunao da bi to nešto mogao biti vakuum u akciji. Smislio je jednostavan uređaj u kojem bi fluktuacije u vakuumu uzrokovale privlačnost između blisko postavljenih metalnih ploča. Potom je objasnio da dvije ploče ograničavaju valne duljine fluktuacija u vakuumu koje stanu u njima omeđen prostor. Izvan tih granica fluktuacije su mogle imati bilo koje valne duljine, a između njih samo manje od njihove međusobne udaljenosti. Budući da je izvan ploča bilo više valnih duljina, one su stvarale veći pritisak na ploče i potiskivale ih jednu prema drugoj.

Ideju o aktivnom vakuumu kasnije su potvrdili neki eksperimenti među kojima i dva Stevena Lamoreauxa - prvi 1996. kojim je testiran Casimirov efekt te drugi 2011. koji je, čini se, potvrdio pretpostavke Evgenija Lifshitza da fluktuacije rastu s porastom temperature. 2009. Federico Capasso i njegov tim s Harvarda otkrili su da postoje pojave koje bi mogle biti dokaz da postoje i odbojne Casimirove sile. Ovo nizanje potvrda navelo je znanstvenike da počnu razmišljati o mogućnosti da se fluktuacije iskoriste za pokretanje nanostrojeva. Zagovornici dinamičnog vakuuma poput Wilsona vjeruju da će novi eksperimenti u budućnosti dodatno i konačno potvrditi postojanje fluktuacija u vakuumu što bi trebalo omogućiti pronalaženje načina za njihovu eksploataciju, ali i razjašnjavanje misterija tamne energije koja tjera svemir da se širi sve brže i brže.

No neki fizičari smatraju da fluktuacije vakuuma još nisu nedvojbeno dokazane, odnosno da se zabilježeni efekti poput Casimirovog mogu objasniti nekim drugim kvantnim interakcijama.

Čini se da će nam za konačan odgovor trebati još malo strpljenja, no nema sumnje da bi bilo vrlo zanimljivo kada bismo u doglednoj budućnosti energiju mogli dobivati ni iz čega. Pa makar i za nanostrojeve.

 

  • Sviđa vam se članak? Preporučite ga prijateljima putem ovih servisa:
  • Pošaljite mailom
Čitajte još