Kvantové vakuum, smrtící energie prázdnoty


Je prázdný prostor skutečně prázdný?  Nebo je naplněn skrytými silami?  Silami, kterými explodoval náš vesmír do existence? Nebo silami, které by mohly zničit realitu, jak ji známe?

 

V 19. století si mysleli, že pokud odčerpají veškerý vzduch, zůstane jim skutečné prázdné vakuum. A takhle to mohlo zůstat až do doby, kdy jsme objevili myšlenku kvantové teorie. A jedna z těch velkých záhad, na které stojí kvantová teorie, je ta, že v žádném časovém okamžiku si nemůžete být absolutně jistí, kolik je zde energie. Energie může být zapůjčena nebo vyměňována ve velmi krátkých časových úsecích. Takže v současné kvantové teorii je vakuum velmi divoké místo, i když si to v každodenním životě neuvědomujeme. Prázdný prostor soptí překypující energií jako roztavený kov.

Částicový fyzik Frank Close a jeho přátelé mají nyní důkaz, že tato energie prázdného prostoru nám brání, spatřit onu skutečnou sílu základních sil ve vesmíru. Těch sil, jako je elektrické odpuzování mezi nabitými částicemi.

Představte si, jak elektron roztahuje svá elektrická chapadla do prostoru. Pokud přidáme i druhý elektron a budeme měřit síly mezi nimi, pak čím blíže se dostane, tak síly budou narůstat . Ale my nyní díky kvantové teorii víme, že tento malý elektron, ve skutečnosti není izolovaný. Je obklopený kvantovým vakuem. Takže je to elektron v plášti. A tento plášť snižuje plný účinek jeho elektrické síly. To samé samozřejmě platí pro všechny elektrony. Frank si myslí, že všechna minulá měření elektrických sil jsou nepřesná, právě díky těmto energetickým plášťům. Ale nyní nám urychlovače, jako je Velký hadronový urychlovač, LHC v Ženevě, ve Švýcarsku, mohou říct úplný příběh.

V nich se subatomární částice srážejí  při rychlosti více než 300 milionů metrů za sekundu. Dostávají se tak blízko k sobě, že nakonec energetický plášť prorazí. Mračna dostanou jedno do druhého a pak to začne být zajímavé zajímavé. Jsou tak rozptýlená, že konečně vidíme odkrytý elektron působící na další elektron. A tady jsme odhalili, že síly mezi nimi jsou mnohem dramatičtější než jsme si předtím mysleli. Stejně jako ochranné brýle odstíní při svařování nebezpečně silné světlo, Frank věří, že prázdný prostor izoluje vesmír od skutečné intenzity přírodních sil. Kdyby bylo možné vypnout plášť, obklopující elektron, vypnul by se tím efekt vakua a v tu chvíli bychom zničili celý vesmír. Protože veškerá struktura, daná existencí atomů a molekul, by nemohla bez kvantové teorie existovat. Bez ztlumení energie, která víří ve vakuu, by se základní přírodní síly vymkly kontrole. Celý náš vesmír by se rozpadl na kusy.

Ale to je pouze jedna strana příběhu. Protože uvnitř tohoto tlumícího pláště by mělo být uzamčeno dostatek energie, aby se spustil explozi smrtelnější, než cokoliv, co jsme zatím poznali. Prázdný prostor by mohl být soudkem prachu, čekajícím na výbuch.

Může vás překvapit, když zjistíte, že naše nejlepší teorie o tom, na mikroskopické úrovni, tedy teorie kvantové mechaniky, také předpovídá, že prázdný prostor má dostatek energie, aby vyvařil vesmír z jeho existence. Ale není tomu tak. Něco musí držet tu nicotu pod kontrolou. Otázkou je…co?! Hypotetickou, zatím nedokázanou odpovědí by mohla být teorie supersymetrie.

Ta uvažuje o částicích jako o vlnách, tedy částicových vlnách. Základní premisou této elegantní domněnky zjednodušeně řečeno je, že všechny známé částice mají svého symetrického partnera – částici s řadou vlastností stejných, ale s posunutou hodnotou jedné ze základních vlastností,tzv. spinu. Je to asi podobné dělení jako rozdělení na částice a antičástice, jen kritérium je jiné.

Když se podíváte na rozpínání vesmíru, uvidíte galaxie, shluky galaxií, všechny se rozpínají pryč, pryč jedna od druhé. A ukazuje se, že vesmír nezpomaluje. Vesmír ve skutečnosti své rozpínání zrychluje  Jediný způsob, kterým to dokážeme vysvětlit, je ten, že je tu něco jako nějaká hustá energie, která je všudepřítomná v samotném prostoru. Fyzici ji nazývají “temná energie”.  Z poměru v rozpínání vesmíru fyzici dokázali změřit, kolik temné energie je v prázdném vesmíru obsaženo. Ale když spočítali toto číslo, tak oproti tomu kolik energie by prázdný vesmír měl mít ze všech částicových vln, které vyplňují vesmír, získali ohromující neshodu. Když vypočítáte množství energie, které by mělo být v prázdném vesmíru z kvantových jevů, dostanete číslo, které je 10x až 120x větší než to, které v současnosti pozorujeme v rozpínajícím se a zrychlujícím se vesmíru. A to je ohromné číslo.

Podle vědeckých výpočtů by mělo být dost energie v prostoru na to, aby se vesmír vyvařil. Ale my jsme stále tady. Někteří vědci si myslí, že vědí, proč existuje takový velký nesoulad mezi teorií a pozorováním. Mohlo by to být tím, že se většina vlnění částic mezi sebou vyrušila navzájem. Rušení vln je docela snadný fenomén pro pochopení. Prostě si představte, že máte jednu vlnu, která má vrcholy a minima, a pak máme další vlnu, i ta má své vrcholy a minima. A když tyto vlny spojíme, tak pokud budou vrcholy a minima na těch samých místech, tak se sečtou. Ale pokud má jedna minimum, kde druhá maximum,vyruší se a nezůstane nic. Tuto interferenci lze přenést i na částice. Vědci si myslí, že existuje celá řada dalších, zatím nedetekovaných částic ve vesmíru, které vytvářejí vlnění, které vyruší vlnění částic, které známe. To je myšlenka supersymetrie. Každá částice má svého zrcadlového společníka.

Ale nalezení  jakékoli supersymetrické částicové vlny je frustrující úkol. Můžete je hledat přímo, můžete je hledat nepřímo. Existují všemožné způsoby, jak najít supersymetrii. Ale až doposud dělá supersymetrie skvělou práci a ukrývá se před námi. Takže buď ji najdeme nebo mnozí z nás řeknou, že prostě neexistuje. LHC až dosud nezahlédl žádnou stopu po supersymetrických částicích.

Pokud neexistují,vědci se ocitnou v nepříjemné situaci jak vysvětlit, proč energie prázdného prostoru neroztrhá náš vesmír na kusy. Ale jiní vědci věří, že katastrofický výbuch nicoty je nevyhnutelný.

Pokračování v pátek 18.9.