Os Físicos Investigaram O "vazio Completo" E Provaram Que Há Algo Nele - Visão Alternativa

Os Físicos Investigaram O "vazio Completo" E Provaram Que Há Algo Nele - Visão Alternativa
Os Físicos Investigaram O "vazio Completo" E Provaram Que Há Algo Nele - Visão Alternativa

Vídeo: Os Físicos Investigaram O "vazio Completo" E Provaram Que Há Algo Nele - Visão Alternativa

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Anonim

De acordo com a mecânica quântica, o vácuo não é apenas espaço vazio. Na verdade, ele é preenchido com energia quântica e partículas, minúsculas partículas constantemente aparecendo e desaparecendo assim, deixando para trás um rastro na forma de sinais que chamamos de flutuações quânticas. Por décadas, essas flutuações existiram apenas em nossas teorias quânticas, até que em 2015 pesquisadores anunciaram que as haviam detectado e determinado diretamente. E agora a mesma equipe de cientistas afirma ter avançado muito mais em suas pesquisas - eles foram capazes de manipular o próprio vácuo e determinar as mudanças nesses sinais misteriosos vindos do vazio.

Aqui estamos entrando no território da física de alto nível, mas o mais importante, se os resultados do experimento de que falaremos hoje forem confirmados, então é bem possível que isso signifique que os cientistas tenham descoberto uma nova forma de observação, interação e testes práticos da realidade quântica sem interferir com dela. Este último é especialmente importante porque um dos maiores problemas da mecânica quântica - e nossa compreensão dela - é que toda vez que tentarmos medir ou mesmo simplesmente observar um sistema quântico, iremos destruí-lo por essa influência. Como você pode imaginar, isso realmente não se encaixa em nosso desejo de descobrir o que realmente está acontecendo neste mundo quântico.

E é a partir desse momento que o vácuo quântico vem em seu socorro. Mas antes de prosseguirmos, vamos relembrar brevemente o que é o vácuo do ponto de vista da física clássica. Aqui ele representa um espaço completamente desprovido de qualquer matéria e contendo energias das mais baixas magnitudes. Não há partículas aqui, o que significa que nada pode interferir ou distorcer a física pura.

Uma das conclusões de um dos princípios mais fundamentais da mecânica quântica - o princípio da incerteza de Heisenberg - estabelece um limite para a precisão da observação das partículas quânticas. Além disso, de acordo com este princípio, o vácuo não é um espaço vazio. Ele está cheio de energia, assim como pares de partículas de antipartículas que aparecem e desaparecem aleatoriamente. Essas partículas são "virtuais" e não fisicamente materiais, razão pela qual você não pode detectá-las. Mas mesmo que permaneçam invisíveis, como a maioria dos objetos no mundo quântico, eles também afetam o mundo real.

Essas flutuações quânticas criam campos elétricos flutuantes aleatoriamente que podem agir sobre os elétrons. E é graças a esse efeito que os cientistas demonstraram indiretamente sua existência na década de 1940.

Nas décadas seguintes, essa foi a única coisa que sabíamos sobre essas flutuações. No entanto, em 2015, um grupo de físicos liderado por Alfred Leitenstorfer, da Universidade de Konstanz, na Alemanha, disse ser capaz de determinar diretamente essas flutuações observando seu efeito em uma onda de luz. Os resultados do trabalho dos cientistas foram publicados na revista Science.

Em seu trabalho, os cientistas usaram pulsos de laser de ondas curtas com duração de apenas alguns femtossegundos, que eles enviaram para o vácuo. Os pesquisadores começaram a notar mudanças sutis na polarização da luz. Segundo os pesquisadores, essas mudanças foram causadas diretamente pelas flutuações quânticas. O resultado das observações certamente causará polêmica mais de uma vez, mas os cientistas decidiram levar seu experimento a um novo nível, "comprimindo" o vácuo. Mas também desta vez eles começaram a observar mudanças estranhas nas flutuações quânticas. Acontece que este experimento não apenas se tornou mais uma confirmação da existência dessas flutuações quânticas - aqui já podemos falar sobre o fato de os cientistas terem descoberto uma maneira de observar o curso de um experimento no mundo quântico sem afetar o resultado final,que, em qualquer outro caso, destruiria o estado quântico do objeto observado.

“Podemos analisar estados quânticos sem alterá-los na primeira observação”, comenta Leitenstorfer.

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Normalmente, quando você deseja rastrear o efeito das flutuações quânticas em uma partícula de luz em particular, primeiro precisa detectar e isolar essas partículas. Isso, por sua vez, removerá a "assinatura quântica" desses fótons. Um experimento semelhante foi realizado por uma equipe de cientistas em 2015.

Como parte do novo experimento, em vez de observar mudanças nas flutuações quânticas absorvendo ou amplificando fótons de luz, os pesquisadores observaram a própria luz em termos de tempo. Pode parecer estranho, mas no vácuo, o espaço e o tempo funcionam de tal forma que observar um imediatamente permite que você aprenda mais sobre o outro. Fazendo tal observação, os cientistas descobriram que quando o vácuo era "comprimido", essa "compressão" ocorria exatamente da mesma forma que ocorre quando um balão é comprimido, apenas acompanhada por flutuações quânticas.

Em algum ponto, essas flutuações se tornaram mais fortes do que o ruído de fundo do vácuo não comprimido e, em alguns lugares, ao contrário, eram mais fracas. Leitenstorfer dá uma analogia de um engarrafamento passando por um espaço estreito da estrada: com o tempo, os carros em suas pistas ocupam a mesma pista para se espremer no espaço estreito e depois voltam para suas pistas. Em certa medida, de acordo com as observações dos cientistas, o mesmo acontece no vácuo: a compressão do vácuo em um lugar leva a uma distribuição das mudanças nas flutuações quânticas em outros lugares. E essas mudanças podem acelerar ou desacelerar.

Esse efeito pode ser medido em espaço-tempo, conforme mostra o gráfico a seguir. A parábola no centro da imagem representa o ponto de "compressão" no vácuo:

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O resultado dessa compressão, como pode ser visto na mesma imagem, é um certo “afundamento” nas flutuações. Não menos surpreendente para os cientistas foi a observação de que o nível de potência das flutuações em alguns lugares era inferior ao nível de ruído de fundo, que, por sua vez, é inferior ao do estado fundamental do espaço vazio.

"Como o novo método de medição não envolve a captura ou amplificação de fótons, existe a possibilidade de detectar e observar diretamente o ruído eletromagnético de fundo no vácuo, bem como desvios controlados de estados criados pelos pesquisadores", disse o estudo.

Atualmente, os pesquisadores estão testando a precisão de seu método de medição e tentando descobrir o que ele pode realmente fazer. Apesar dos resultados já mais do que impressionantes deste trabalho, ainda existe a possibilidade de que os cientistas tenham criado o chamado "método de medição não convincente", que, talvez, seja capaz de não violar os estados quânticos dos objetos, mas ao mesmo tempo não é capaz de dizer mais aos cientistas sobre um ou outro sistema quântico.

Se o método funcionar, os cientistas querem usá-lo para medir o "estado quântico da luz" - o comportamento invisível da luz no nível quântico que estamos apenas começando a entender. No entanto, trabalhos adicionais requerem verificação adicional - replicação dos resultados da descoberta de uma equipe de pesquisadores da Universidade de Constança e, assim, demonstrar a adequação do método de medição proposto.

NIKOLAY KHIZHNYAK

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