Znanstvenici sa Sveučilišta Oxford proveli su simulaciju u kojoj se svjetlost pojavljuje u prostoru potpuno lišenom materije — bez atoma, bez čestica, bez ijednog traga prašine. Pokazali su da čak i potpuna praznina, na kvantnoj razini, nije doista prazna.
U praznom prostoru ipak nešto vrijeba
Iako nam se čini da je svemirski vakuum beskonačno prazan, kvantna fizika već desetljećima sugerira suprotno. Čak i u najdubljoj međugalaktičkoj tami, gdje nema ni atoma vodika ni kozmičke prašine, prostor nije potpuno prazan. Na kvantnoj razini, on vrvi prolaznim energetskim fluktuacijama — trenucima u kojima ništavilo nakratko poprima oblik.
Znanstvenici sa Sveučilišta Oxford, pod vodstvom dr. Zixin Zhang, upravo su to testirali u seriji naprednih 3D simulacija. Korištenjem računalnog sustava OSIRIS, istraživači su pokazali da se pod određenim uvjetima u vakuumu mogu stvoriti fotoni – čestice svjetlosti – bez ikakvog početnog materijala.
Drugim riječima: svjetlost se može pojaviti ondje gdje ne postoji ništa.
Kvantna svjetlost na ekranu
Ključni fenomen u simulaciji bio je rijetko proučavan kvantni efekt u kojem se različiti svjetlosni valovi mogu međusobno “sudariti” i stvoriti nove – bez ikakvog vanjskog izvora ili tvari.
U simulaciji su korištene ekstremno snažne laserske zrake koje su prolazile kroz prostor vakuuma. Iako tamo nije bilo stvarnih čestica, kvantna teorija predviđa postojanje tzv. virtualnih parova: elektroni i pozitroni koji ne postoje trajno, ali mogu nakratko “iskrsnuti” iz energetskih fluktuacija.
Zrake su bile toliko snažne da su te virtualne čestice polarizirale — promijenile im smjer vibracije — čime je, u suštini, ništa postalo nešto.
“Kvantni vakuum ispunjen je fluktuacijama iz kojih izranjaju parovi elektrona i pozitrona,” pojasnila je Zhang u studiji objavljenoj u časopisu Physics Communications. “Njihova prisutnost stvara nelinearnosti koje mijenjaju ponašanje laserskih impulsa što prolaze kroz prostor.”
Nevidljiva optika: kad se svjetlost ponaša čudno
Osim pojave novih fotona, simulacija je pokazala i rijedak optički efekt u kojem svjetlost mijenja polarizaciju prolaskom kroz jako elektromagnetsko polje — poznat kao birefrigencija vakuuma.
U ovom slučaju, efekt nije uzrokovan staklom, kristalom ili lećom — već ništa drugo nego samim prostorom kroz koji je prolazio snop lasera. Virtualni elektroni i pozitroni mijenjali su orijentaciju svjetlosnih valova, i time uzrokovali da se svjetlost ponaša drukčije.
Laseri iz budućnosti
Ovdje ne govorimo o običnim laboratorijskim uređajima. U simulaciji su korišteni modeli tzv. petavatnih lasera, koji proizvode snagu od čak 10¹⁵ vata — milijune puta više od električne mreže jedne države. Takvi laseri postoje i u stvarnosti: rumunjski institut ELI već može generirati dvostruke zrake od po 10 petavata.
Idući korak već se planira. U Velikoj Britaniji gradi se Centralna laserska infrastruktura, koja će imati glavni snop od 20 petavata te dodatnih osam pomoćnih zraka. Još ambiciozniji je američki projekt EP-OPAL na Sveučilištu Rochester, koji će proizvoditi dvije laserske zrake od po 25 petavata. Jedan od prvih eksperimenata tog sustava? Upravo — četverovalno miješanje i generiranje svjetlosti iz kvantnog vakuuma.
Što nas sve još čeka u praznini
Iako se sve ovo zasad odvija unutar simulacija, Zhang i njezin tim vjeruju da su postavili temelje za prave eksperimente koji će testirati granice fizike. Njihov softver može modelirati interakcije između složenih oblika laserskih impulsa i “praznog” prostora — što bi moglo otvoriti vrata novim tehnologijama i dubljem razumijevanju samog tkiva svemira.
“Rezultati simulacije mogu poslužiti kao osnova za buduće pokuse s laserima visoke snage,” navodi tim iz Oxforda. “Naš model omogućuje precizna predviđanja i može pomoći pri kalibriranju stvarnih eksperimenata.”
Jer ako svjetlost doista može nastati ni iz čega, možda ćemo morati redefinirati i ono što podrazumijevamo pod — ništavilom.
🔵 Pridružite se razgovoru!
Imate nešto za podijeliti ili raspraviti? Povežite se s nama na Facebooku i pridružite se zajednici znatiželjnih istraživača u našem Telegram kanalu. Za najnovija otkrića i uvide, pratite nas i na Google Vijestima.
