Menurut mekanik kuantum, vakum bukan sekadar ruang kosong. Sebenarnya, ia dipenuhi dengan tenaga dan zarah kuantum, zarah-zarah kecil yang terus muncul dan hilang begitu sahaja, meninggalkan jejak dalam bentuk isyarat yang kita namakan fluktuasi kuantum. Selama beberapa dekad, turun naik ini hanya terdapat dalam teori kuantum kami, sehingga pada tahun 2015 penyelidik mengumumkan bahawa mereka secara langsung mengesan dan menentukannya. Dan sekarang pasukan saintis yang sama mendakwa bahawa mereka telah maju dalam penyelidikan mereka - mereka dapat memanipulasi kekosongan itu sendiri dan menentukan perubahan isyarat misteri ini dari kekosongan.
Di sini kita memasuki wilayah fizik peringkat tinggi, tetapi yang lebih penting lagi, jika hasil eksperimen yang akan kita bicarakan hari ini disahkan, maka sangat mungkin bahawa ini akan bermakna bahawa saintis telah menemui cara baru untuk memerhatikan, berinteraksi dan ujian praktikal realiti kuantum tanpa mengganggu dia. Yang terakhir ini sangat penting kerana salah satu masalah terbesar dalam mekanik kuantum - dan pemahaman kita mengenainya - adalah bahawa setiap kali kita berusaha mengukur atau bahkan hanya memerhatikan sistem kuantum, kita akan menghancurkannya dengan pengaruh ini. Seperti yang anda bayangkan, ini tidak sesuai dengan keinginan kita untuk mengetahui apa yang sebenarnya berlaku di dunia kuantum ini.
Dan dari saat inilah vakum kuantum dapat diselamatkan. Tetapi sebelum meneruskan, mari kita ingat sebentar apa kekosongan dari sudut pandang fizik klasik. Di sini ia mewakili ruang yang sama sekali tidak mengandungi apa-apa perkara dan mengandungi tenaga dengan magnitud terendah. Tidak ada zarah di sini, yang bermaksud bahawa tidak ada yang boleh mengganggu atau memutarbelitkan fizik tulen.
Salah satu kesimpulan dari salah satu prinsip asas mekanik kuantum - prinsip ketidakpastian Heisenberg - menetapkan had ketepatan pemerhatian zarah kuantum. Juga, menurut prinsip ini, vakum bukanlah ruang kosong. Ia dipenuhi dengan tenaga, serta sepasang zarah antipartikel yang muncul dan hilang secara rawak. Zarah-zarah ini bersifat "maya" dan bukan bahan fizikal, sebab itulah anda tidak dapat mengesannya. Tetapi walaupun benda itu tidak kelihatan, seperti kebanyakan objek di dunia kuantum, benda-benda itu juga mempengaruhi dunia nyata.
Fluktuasi kuantum ini menghasilkan medan elektrik berfluktuasi secara rawak yang dapat bertindak pada elektron. Dan berkat kesan ini, para saintis pertama kali secara tidak langsung menunjukkan keberadaan mereka pada tahun 1940-an.
Selama beberapa dekad berikutnya, ini adalah satu-satunya perkara yang kami tahu mengenai turun naik ini. Walau bagaimanapun, pada tahun 2015, sekumpulan ahli fizik yang diketuai oleh Alfred Leitenstorfer dari University of Konstanz di Jerman mengatakan bahawa mereka dapat secara langsung menentukan turun naik ini dengan memerhatikan kesannya terhadap gelombang cahaya. Hasil karya para saintis itu diterbitkan dalam jurnal Science.
Dalam karya mereka, para saintis menggunakan denyutan laser gelombang pendek yang hanya bertahan selama beberapa femtosecond, yang mereka hantar ke ruang hampa. Para penyelidik mula melihat perubahan halus dalam polarisasi cahaya. Menurut para penyelidik, perubahan ini secara langsung disebabkan oleh turun naik kuantum. Hasil pemerhatian pasti akan menimbulkan kontroversi lebih dari sekali, tetapi para saintis memutuskan untuk membawa eksperimen mereka ke tahap yang baru dengan "memampatkan" kekosongan. Tetapi kali ini juga, mereka mula melihat perubahan aneh dalam turun naik kuantum. Ternyata eksperimen ini bukan hanya menjadi pengesahan lain mengenai adanya fluktuasi kuantum ini - di sini kita sudah dapat membicarakan fakta bahawa para saintis telah menemui cara untuk memerhatikan perjalanan eksperimen di dunia kuantum tanpa mempengaruhi hasil akhir.yang dalam keadaan lain akan memusnahkan keadaan kuantum objek yang diperhatikan.
"Kami dapat menganalisis keadaan kuantum tanpa mengubahnya pada pemerhatian pertama," komentar Leitenstorfer.
Video promosi:
Biasanya, apabila anda ingin mengesan kesan turun naik kuantum pada zarah cahaya tertentu, pertama anda perlu mengesan dan mengasingkan zarah-zarah ini. Ini seterusnya, akan menghilangkan "tanda tangan kuantum" foton ini. Eksperimen serupa dilakukan oleh pasukan saintis pada tahun 2015.
Sebagai sebahagian daripada eksperimen baru, bukannya memerhatikan perubahan fluktuasi kuantum dengan menyerap atau memperkuat foton cahaya, para penyelidik melihat cahaya itu sendiri dari segi waktu. Mungkin terdengar pelik, tetapi dalam ruang hampa, ruang dan waktu berfungsi sedemikian rupa sehingga memerhatikan satu dengan segera membolehkan anda mempelajari lebih banyak yang lain. Dengan membuat pemerhatian seperti itu, para saintis mendapati bahawa ketika vakum "dimampatkan", "pemampatan" ini berlaku sama seperti yang terjadi ketika belon dimampatkan, hanya disertai dengan turun naik kuantum.
Pada satu ketika, turun naik ini menjadi lebih kuat daripada kebisingan latar belakang vakum yang tidak dikompresi, dan di beberapa tempat, sebaliknya, mereka lebih lemah. Leitenstorfer memberikan analogi kesesakan lalu lintas yang bergerak melalui ruang jalan yang sempit: lama-kelamaan, kereta di lorong mereka menempati lorong yang sama untuk melintasi ruang yang sempit, dan kemudian kembali ke lorong mereka. Pada tahap tertentu, menurut pemerhatian para saintis, perkara yang sama berlaku dalam vakum: pemampatan vakum di satu tempat membawa kepada penyebaran perubahan fluktuasi kuantum di tempat lain. Dan perubahan ini boleh mempercepat atau melambatkan.
Kesan ini dapat diukur dalam ruang-waktu, seperti yang ditunjukkan dalam grafik di bawah. Parabola di tengah gambar mewakili titik "mampatan" dalam keadaan hampa:
Hasil pemampatan ini, seperti yang dapat dilihat pada gambar yang sama, terdapat beberapa "penurunan" dalam turun naik. Tidak kurang mengejutkan bagi para saintis ialah pemerhatian bahawa tahap kekuatan turun naik di beberapa tempat lebih rendah daripada tahap kebisingan latar belakang, yang, pada gilirannya, lebih rendah daripada keadaan tanah kosong.
"Oleh kerana kaedah pengukuran baru tidak melibatkan penangkapan atau penguatan foton, ada kemungkinan untuk langsung mengesan dan memerhatikan kebisingan latar belakang elektromagnetik dalam ruang hampa, serta penyimpangan terkawal dari keadaan yang dibuat oleh para penyelidik," kata kajian itu.
Penyelidik kini sedang menguji ketepatan kaedah pengukuran mereka dan berusaha untuk mengetahui apa yang sebenarnya dapat dilakukannya. Walaupun terdapat hasil yang lebih mengagumkan dari karya ini, masih ada kemungkinan para saintis tampil dengan apa yang disebut "kaedah pengukuran yang tidak meyakinkan", yang, mungkin, tidak mampu melanggar keadaan kuantum objek, tetapi pada masa yang sama tidak dapat memberitahu lebih banyak lagi kepada para saintis kira-kira satu atau sistem kuantum yang lain.
Sekiranya kaedah ini berfungsi, maka saintis ingin menggunakannya untuk mengukur "keadaan cahaya kuantum" - tingkah laku cahaya yang tidak dapat dilihat pada tahap kuantum yang baru kita fahami. Walau bagaimanapun, kerja selanjutnya memerlukan pengesahan tambahan - replikasi hasil penemuan sepasukan penyelidik dari University of Constance dan dengan demikian menunjukkan kesesuaian kaedah pengukuran yang dicadangkan.
NIKOLAY KHIZHNYAK
