Достичь скорости звука поможет бесконечная вакуумная энергия: о чем речь

После Второй мировой войны нидерландский физик Хендрик Казимир предложил эксперимент. Его идея заключалась в том, чтобы поместить два металлических предмета очень близко друг к другу и подождать. В итоге они самопроизвольно, без какой-либо внешней силы, словно по мановению волшебной палочки, должны просто приблизиться. Почему? Все дело в неограниченном источнике вибрации, находящемся в вакууме пространства-времени.

Спустя 25 лет физикам удалось реализовать эксперимент Казимира, который дал им возможность стать свидетелями проявления квантовой теории реальным, практическим способом. Квантовые поля и их вибрации лежат в основе нашего современного понимания физики, от субатомных взаимодействий до эволюции всей Вселенной. И благодаря работе Казимира мы узнали, что бесконечная энергия пронизывает космический вакуум.

В научной фантастике существует множество идей, предлагающих использовать энергию вакуума для питания звездолетов или других типов космических аппаратов. Но эта идея может стать реальностью, пишет Popular Mechanics.

Научным руководителем Казимира был физик Нильс Бор – один из крестных отцов квантовой физики. Поэтому сам Казимир проникся симпатией к этой необычной теории космоса. Но по мере развития квантовой теории, начали появляться довольно странные предположения о Вселенной. Квантовый мир странен, и его предельная странность обычно невидима для нас, поскольку он действует на масштабах, значительно превышающих наше обычное человеческое восприятие или экспериментирование.

И Казимир задался идеей о том, как бы мы могли проверить эти идеи. Он открыл способ измерения вездесущих бесконечных квантовых полей. Для этого нужно было просто удерживать близко друг к другу кусочки металла. Его работа показала, что квантовые поля могут проявляться поведением, которое ученые могут измерять. Работа Казимира также продемонстрировала, что странность квантового поведения реальна и ее нельзя игнорировать, и что тому, что говорит квантовая механика о работе Вселенной, — каким бы странным оно ни было — нужно верить.

Квантовые поля кажутся потусторонними, но они вполне реальны

Один из уроков квантового мира заключается в том, частицы, такие как электроны, фотоны, нейтрино и тому подобное, не являются тем, чем кажутся. Каждая частица, которую мы видим в природе, является частью гораздо большей и сложной сущности. Эти более грандиозные сущности известны как квантовые поля, и поля впитывают каждый кусочек пространства и времени.

Для каждого вида частиц существует свое квантовое поле. Одно – для электронов, другое – для фотонов и так далее. Когда поля вибрируют, появляются частицы, а когда затихают – частицы исчезают. То есть, то, что мы называем частицами, является локализованной вибрацией квантового поля.

Настоящего вакуума не существует

Квантовые поля вибрируют постоянно, даже если этих вибраций не достаточно, чтобы создать частицу. Если вы возьмете коробку и вытряхните из нее все содержимое — все электроны, все фотоны, все нейтрино, все — коробка все равно будет заполнена этими квантовыми полями. Поскольку эти поля вибрируют даже изолированно, это означает, что ящик наполнен невидимой энергией вакуума, также известной как энергия нулевой точки, — энергией этих фундаментальных вибраций.

И этих вибраций существует бесконечное множество. И это означает, что настоящего вакуума не существует, он из чего-то состоит. Везде существуют вибрирующие квантовые поля.

Ученые исследуют потенциал квантовых полей

В течение нескольких лет ученые изучали возможность извлечения энергии вакуума. В 2002 году был выдан патент на устройство, которое улавливает электрический заряд двух металлических пластин экспериментальной установки «Казимир» и заряжает аккумуляторную батарею. Устройство можно использовать в качестве генератора. «Чтобы непрерывно генерировать энергию, множество металлических пластин закреплено вокруг ядра и вращается, как гирокомпас», — говорится в патенте.

В 2009 году Агентство передовых оборонных исследовательских проектов Министерства обороны США (DARPA) выделило исследователям 10 миллионов долларов для изучения силы Казимира. Прогресс в использовании вакуумной энергии происходит очень медленно, но он может привести к появлению инноваций в нанотехнологиях, например, в создании устройства, способного левитировать.

В Университете Колорадо в Боулдере исследовательская группа Гаррета Моддела разработала устройства, производящие энергию, «которая, по-видимому, является результатом квантовых флуктуаций нулевой энергии». Созданное устройство, по сути, повторяет эксперимент Казимира. Оно генерирует электрический ток между двумя металлическими слоями, который исследователи смогли измерить, несмотря на отсутствие электрического напряжения.

Сам же Казимир был склонен приуменьшать значение своей работы. В своей автобиографии «Случайная реальность» Казимир сказал: «История моей собственной жизни не представляет особого интереса». А его монументальная статья 1948 года, посвященная подготовке к эксперименту, заканчивается простым утверждением: «Хотя эффект невелик, экспериментальное подтверждение не кажется невозможным и может представлять определенный интерес».