انسان سرزمین ناشناخته

با توجه به مکانیک کوانتوم، خلاء در همه جا خالی نیست. این در واقع پر از انرژی کوانتومی و ذرات است که در یک لحظه شتاب زده و بیقصد وجود دارد - سیگنال های عجیب و غریب که به عنوان نوسان کوانتوم شناخته می شوند.

برای چندین دهه، شواهد غیر مستقیم این تغییرات وجود داشته است، اما در سال 2015 ، محققان ادعا کرده اند که نوسانات نظری را به طور مستقیم تشخیص داده اند. در حال حاضر همان تیم می گوید آنها یک گام به جلو رفته اند، با دستکاری خلاء خود و تشخیص تغییرات در این سیگنال های عجیب و غریب در خلاء.

ما در حال ورود به قلمرو فیزیک سطح بالا هستیم، اما آنچه در این آزمایش واقعا مهم است این است که اگر این نتایج تایید شود، محققان ممکن است راهی برای مشاهده، بررسی و آزمایش قلمرو کوانتومی بدون دخالت آی تی.

این مهم است، زیرا یکی از بزرگترین مشکلات مکانیک کوانتومی - و درک ما از آن - این است که هر بار که یک سیستم کوانتومی را اندازه گیری و مشاهده می کنیم ، آن را از بین می بریم ، که در صورتی که بخواهیم از آنچه اتفاق می افتد بخوریم، خوب نیست. در جهان کوانتومی.

این جایی است که خلاء کوانتومی به آن می رسد.

اول از همه، بیایید یک خلاء را در یک روش کلاسیک فکر کنیم - به عنوان فضایی که به طور کامل فاقد ماده است، با کمترین انرژی ممکن. هیچ ذراتی وجود ندارد و هیچ چیز برای فیزیک خالص تداخل ندارد.

اما یک محصول جانبی یکی از اساسی ترین اصول در مکانیک کوانتومی،  اصل عدم قطعیت هایزنبرگ ، بیان می کند که محدودیتی برای چگونگی شناخت ذرات کوانتومی وجود دارد و در نتیجه خلاء خالی نیست، انرژی عجیب و غریب خود را دارد و با جفت های ضد ذره ذره پر می شود که به طور تصادفی ظاهر می شوند و ناپدید می شوند.

اینها بیشتر شبیه ذرات "مجازی" نسبت به مواد فیزیکی هستند، بنابراین معمولا نمیتوانید آنها را شناسایی کنید. اما اگر چه آنها نامرئی هستند، مانند بسیاری از چیزهایی که در جهان کوانتومی هستند، آنها با ظرافت در دنیای واقعی نفوذ می کنند.

این نوسانات کوانتومی باعث ایجاد میدان های الکتریکی به طور تصادفی نوسان می شود که می توانند الکترون را تحت تأثیر قرار دهند. بدین ترتیب دانشمندان به طور غیرمستقیم حضور خود را در دهه 1940 نشان دادند .

برای دهه ها، این همه ما مجبور بودیم ادامه دهیم.

سپس، در سال 2015، یک تیم تحت رهبری آلفرد لایتنستورفر از دانشگاه کنستانس در آلمان ادعا کرد که با توجه به تأثیر آنها بر موج نور، این نوسانات را به طور مستقیم تشخیص داد. نتایج در علوم منتشر شد . 

برای انجام این کار، آنها یک پالس لیزر فوق العاده کوتاه را انجام دادند که فقط چند femtoseconds، که یک میلیونم ثانیه از یک میلیاردم ثانیه بود، به خلاء متصل شدند و قادر به دیدن تغییرات ظریف در قطبش نور بودند. آنها گفتند این تغییرات به واسطه نوسانات کوانتومی به طور مستقیم بوجود آمده است.

این ادعایی است که هنوز مورد بحث قرار گرفته است ، اما محققان اکنون آزمایش خود را با فشرده کردن خلاء انجام داده اند و می گویند که آنها تغییرات عجیب و غریب را در نوسانات کوانتومی مشاهده کرده اند.

این فقط شواهد بیشتری از وجود این نوسانات کوانتومی نیست - همچنین نشان می دهد که آنها راه هایی را برای مشاهده آزمایشات در جهان کوانتوم بدون برداشتن نتایج به دست آورده اند، که چیزی است که معمولا حالت کوانتومی را نابود می کند .

Leitenstorfer گفت: "ما می توانیم کشورهای کوانتومی را بدون تغییر آنها در تقریب اول تجزیه و تحلیل  کنند."

معمولا هنگامی که شما به دنبال اثرات نوسان کوانتومی روی یک ذره نور هستید، باید آن ذرات نور را تشخیص دهید یا آن را تقویت کنید تا اثر را ببینید. و این امضای کوانتومی را که در آن فوتون باقی مانده است را حذف می کند، که مشابه آنچه که تیم در آزمایش 2015 انجام داد، مشابه است.

این بار، به جای آنکه به تغییرات نوسانات کوانتومی با جذب و تقویت فوتونهای نور نگاهی بیاندازد، نور را در حوزه زمان بررسی کرد.

این به نظر عجیب و غریب است، اما در یک خلاء، فضا و زمان به همان شیوه رفتار می کنند، بنابراین ممکن است یکی را بررسی کنید تا بیشتر درباره دیگران یاد بگیریم.

با انجام این کار، تیم دید که وقتی خلاء را "فشرده" می کرد، به نوعی مانند فشار دادن یک بالون کار می کرد و نوسانات کوانتومی عجیب را در آن توزیع می کرد.

در بعضی نقاط، نوسانات از لحاظ "سر و صدا" یک خلاء نامنظم بلندتر شد و در بعضی از نقاط، ساکت تر بودند.

Leitenstorfer این را با یک ترافیک مقایسه می کند - زمانی که یک تنگنا وجود دارد که اتومبیل ها در پشت خودرو قرار می گیرند، در مقابل این نقطه، تراکم اتومبیل ها دوباره کاهش می یابد.

همان چیزی که در یک خلاء اتفاق می افتد، تا حدودی - همانطور که خلاء در یک مکان فشرده می شود، توزیع نوسانات کوانتوم تغییر می کند و در نتیجه می تواند سرعت بخشید یا کم کند.

این اثر را می توان در دامنه زمانی اندازه گیری کرد، که می توان آن را در زیر فضای زمان در نظر گرفت. فشار در وسط "فشار" در خلا:

همانطور که می بینید، به عنوان یک نتیجه از فشار، برخی از blips در نوسانات وجود دارد.

اما چیز دیگری عجیب و غریب اتفاق می افتد، نوسانات در برخی از نقاط به نظر می رسد پایین تر از سطح سر و صدای پس زمینه، که کمتر از حالت زمین فضای خالی است، چیزی دانشمندان به نام " پدیده شگفت انگیز ".

"به عنوان روش اندازه گیری جدید نه به جذب فوتون اندازه گیری می شود و نه تقویت آنها، ممکن است به طور مستقیم سر و صدا پس زمینه های الکترومغناطیسی از خلا شناسایی و در نتیجه نیز انحراف کنترل از این حالت زمین، ایجاد شده توسط محققان،" توضیح می دهد یک انتشار مطبوعاتی .

تیم اکنون تست دقیق تکنیک خود را دارد و چقدر از آنها می تواند یاد بگیرد.

با وجودی که نتایج تا کنون چشمگیر هستند، هنوز هم احتمال دارد که تیم فقط اندازه گیری ضعیف را به دست آورد - یک نوع اندازه گیری که حالت کوانتومی را تحریک نمی کند، اما در واقع به محققان بسیار نگران کننده نیست سیستم کوانتومی.

اگر آنها بتوانند با استفاده از این تکنیک بیشتر بیاموزند، می خواهند از آن استفاده کنند تا از "حالت کوانتومی نور"، که رفتار نامرئی نور در سطح کوانتومی است، که ما فقط تازه درک می کنیم، استفاده کنیم.

برای تکرار یافته های تیم مورد نیاز است تأیید بیشتری لازم است و نشان می دهد که آزمایش آنها واقعا کار می کند. اما این اولین گام خفیف است.

این تحقیق در طبیعت منتشر شده است  .