Vesmír je prazvláštny, vedci odmerali vplyv prázdneho priestoru na svetelné lúče

Autor je teoretický fyzik, momentálne pôsobí na výskumnom inštitúte v Dubline

Astronómi spravili unikátny objav. Zaznamenali vplyv prázdneho priestoru na svetelné lúče, jav odborne nazývaný vákuový dvojlom (z angl. vacuum birefringence). Prejavuje sa silnou polarizáciou svetla. Prvýkrát ho predpovedali ešte v roku 1930, no pozorovaný bol až teraz.

Dúha vzniká vďaka tomu, že kvapky odrážajú rôzne farby pod trochu inými uhlami. Podla najnovších meraní je svetlo, ktoré k nám prichádza z takzvaných neutrónových hviezd, silno polarizované. Čo mohlo v takomto prípade zohrávať úlohu kvapiek, keď všade navôkol bol iba prázdny priestor? Prekvapivo, práve on sám.

Neutrónové hviezdy a vákuum

Poďme pekne po poriadku. O neutrónových hviezdach sme písali nedávno, ide o niečo medzi hviezdami a čiernymi dierami. Majú rozmery malých miest, no hmotnosti sĺnk. Výrazne deformujú časopriestor vo svojom okolí a – ako je práve dôležité – tvoria extrémne silné magnetické polia.

Vákuum je prázdny priestor, ľudovo povedané nič. Často ho používame vo fyzikálnych idealizáciách. Ak sa systém nachádza vo vákuu, nepôsobí naň nič ďalšie. Takmer dokonalé vákuum dokážeme vytvoriť v laboratóriu, paradoxne vtedy platíme za niečo, čoho je plný vesmír.

Vesmír je prazvláštny

Kvantová teória so sebou priniesla mnohé prekvapenia, napríklad častice, čo prechádzajú dvomi otvormi naraz či tunelujúce cez bariéry. Nie je to v súlade so zdravým rozumom, no experimenty hovoria jasne: vesmír je prazvláštny.

Jedným z prekvapení bolo aj zistenie, že ak sa na prázdny priestor pozrieme veľmi pozorne, zistíme, že v skutočnosti prázdny nie je. Neustále v ňom vznikajú, a takmer okamžite zanikajú, páry častíc a antičastíc. Bežná predstava vákua zodpovedá predstave o pokojnej hladine rybníka. No v skutočnosti z nej stále vyskakuje, a okamžite znovu mizne, nespočetné množstvo rýb.

Takéto správanie dokáže odhaliť veľmi delikátny experiment. Ak k sebe priblížime dve vodivé dosky, obmedzíme možnosť vzniku (takzvaných virtuálnych) častíc medzi nimi. Dosky sa začnú priťahovať, čím znížia celkovú energiu systému. Tento efekt sa volá Casimirov a bol experimentálne potvrdený. Predpokladá sa, že môže zohrať úlohu napríklad pri nanotechnológiách.

Efekt na astronomickej škále

Silné magnetické pole okolo neutrónovej hviezdy polarizuje vákuum. Niektoré vznikajúce častice sú naň citlivé a podobne ako ručička kompasu sa podľa neho zarovnajú. Dôsledkom toho sa polarizuje aj svetlo, ktoré daným miestom prechádza. Svetlo je inak na magnetické pole necitlivé, interakciu sprostredkúvajú práve častice bublajúce z vákua.

Čo je na tom celom najfascinujúcejšie, je skutočnosť, že ide o kvantový efekt, ktorý bol pozorovaný na astronomickej škále. Prepojenie gravitácie a kvantového sveta je jedna z najzaujímavejších otvorených otázok vo fyzike.

Podobne ako vo filme Interstellar dúfame, ža sa o ňom dozvieme niečo viac práve vďaka extrémnym objektom, akými sú čierne diery či neutrónové hviezdy.

Dostupné z: doi: 10.1093/mnras/stw2798