Próżnia, zero materii, pustka absolutna. Wbijają się w nią trzy ekstremalnie silne wiązki laserowe. Na przecięciu tego wszystkiego pojawia się coś, czego nikt nie spodziewał się kompletnie — czwarta wiązka światła. I weź to teraz jakoś prosto wytłumacz: "skąd wzięło się coś — zasadniczo z niczego?". Fizyka kwantowa nie zna prostych wyjaśnień. Tam możemy oczekiwać jedynie pomieszania z poplątaniem.
Zespół naukowców z Oksfordu i Uniwersytetu Lizbońskiego właśnie pokazał, że to nie tylko możliwe — to prawdopodobne. W ich symulacjach matematyka zaczyna przypominać cyrkowe sztuczki: z trzech potężnych impulsów światła wyłania się nowa wiązka, niczym widmo pochodzące z innego wymiaru. Jak to wszystko jest możliwe?
W klasycznej fizyce próżnia to pustka — miejsce bez cząstek, bez energii, bez życia. Ale fizyka kwantowa ma inny pogląd. Dla niej próżnia to pole możliwości, tętniące wirtualnymi cząstkami, które pojawiają się i znikają w ułamkach sekundy. Mogą być i nie być jednocześnie, stan tych cząstek może być tożsamy dla par znajdujących się na dwóch krańcach kosmosu i zmieniać się jednocześnie. Tu nic nie jest proste.
Owe "wirtualne" cząstki zwykle nie zostawiają śladów. Ale gdy wpadną w odpowiednie warunki — na przykład pod wpływem ekstremalnych pól elektromagnetycznych — mogą zostać zmuszone do tego, by przestać być czymś "nie do uchwycenia". I właśnie to się wydarzyło w symulacji zespołu pod kierownictwem Petera Norreysa.
Technologia laserowa przebyła długą drogę od momentu swojego wynalezienia w latach 60. Dziś mówimy o impulsach światła, które trwają bilionowe części sekundy, ale ich moc sięga petawatów — czyli milionów gigawatów. To skondensowana energia, zdolna deformować pole elektromagnetyczne tak intensywnie, że rzeczywistość lokalnie się "marszczy".
Zespół użył zaawansowanego solvera — narzędzia do numerycznej symulacji efektów kwantowych w czasie rzeczywistym. Wprowadzając dane dotyczące trzech skoncentrowanych wiązek, sprawdzili, czy możliwe jest wymuszenie zjawiska powodującego "mieszanie trzech fal". I okazało się, że tak: trzy precyzyjnie ustawione lasery mogą wygenerować warunki, w których z próżni wydobywa się dodatkowa, czwarta wiązka światła. Tak po prostu: ex nihili.
Rozproszenie cząstek światła (fotonów) przez inne fotony nie jest nowe — teoretycznie przewidywane od dekad. Nikt dotąd nie zaobserwował go jednak eksperymentalnie. Foton nie ma ładunku, nie oddziałuje więc łatwo (przynajmniej w kontekście takich badań). Ale tu, w owej daleko idącej symulacji, doszło do czegoś innego: wirtualne fotony, obecne w próżni, zostały dosłownie rozciągnięte i zmuszone do ujawnienia się. Tak powstała czwarta wiązka, inna od pozostałych, ale z nimi powiązana.
Zixin Zhang z Oksfordu mówi jasno: ich model nie tylko przewiduje to zjawisko — on pokazuje dokładnie, kiedy i gdzie należy spojrzeć, by je dostrzec. I to nie w idealnym, akademickim laboratorium, lecz w realnych warunkach.
Teraz nadchodzi era intensywnych testów. W Rumunii, w ramach projektu Extreme Light Infrastructure, działa już instalacja zdolna do wygenerowania 10 petawatów. W Stanach Zjednoczonych, Uniwersytet w Rochester szykuje lasery o mocy 25 petawatów. A w Szanghaju — w laboratorium SHINE — celują w 100 petawatów. Każda z tych placówek jest gotowa, by szukać światła wychodzącego wprost z cienia.
Jeśli eksperyment się powiedzie, będziemy mieli dowód na to, że światło może powstać bez źródła i efekt bez przyczyny. Kłóci się to z naszym pojmowaniem świata, gdzie wszystko jest powiązane za pomocą związku przyczynowo-skutkowego. Niewykluczone, że nasza teoria pojmowania materii i rzeczywistości jest nie tyle nieprawidłowa, ile niepełna. A próżnia natomiast może kryć w sobie niesamowity "ładunek" — i to pomimo pozornej pustki.
Czytaj również: NASA „wysłała” zwierzaki na ISS i… z powrotem. Wszystko dzięki laserom
Tak wygląda nasza próba zmierzenia się z pytaniem, które tkwiło w ludzkości od zarania: skąd się bierze "coś"? Nauka zbliża się do odpowiedzi, która była domeną głównie religii oraz mitologii. Ewentualnie głowili się nad tym filozofowie.
Jeśli światło można wycisnąć z niczego, to może rzeczywistość jest bardziej podatna na wpływ, niż sądziliśmy wcześniej. Kiedy spoglądamy w próżnię, ona też spogląda na nas. I pytanie, co jeszcze się w niej czai.
Hej, jesteśmy na Google News - Obserwuj to, co ważne w techu
