Как вакуум может раскрыть тайну темной энергии: удивительный эксперимент с весами и сверхпроводниками

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Вселенная расширяется с ускорением, и за это отвечает таинственная сила, называемая темной энергией. Она составляет около 70% всей энергии и материи в космосе, но ее природа до сих пор остается загадкой для физиков. Одна из гипотез гласит, что темная энергия — это энергия вакуума, то есть энергия, которая присутствует даже в пустом пространстве из-за квантовых флуктуаций.

Визуализация квантовых флуктуаций
Визуализация квантовых флуктуаций
Автор: Derek Leinweber Источник: commons.wikimedia.org

Квантовые флуктуации — это случайные возникновения и исчезновения электромагнитных волн в вакууме. Они не нарушают закон сохранения энергии, так как происходят в очень короткие промежутки времени. Однако, по мнению некоторых теоретиков, эти флуктуации могут создавать отталкивающее давление, которое ускоряет расширение Вселенной.

Проблема в том, что теоретическая оценка энергии вакуума дает значение, которое в миллиарды раз больше, чем наблюдаемое значение темной энергии. Это означает, что-либо теория неверна, либо существует какой-то механизм, который подавляет энергию вакуума до очень маленького значения.

Чтобы проверить гипотезу о вакууме, нужно измерить его взаимодействие с гравитацией. Это очень сложная задача, так как эффект должен быть крайне мал. Но итальянские ученые, возглавляемые Энрико Каллони из Университета Неаполя Федерико II, разработали прототип прибора, который, по их мнению, может справиться с этим вызовом.

Прибор представляет собой весы, на одном конце которых находится образец сверхпроводника, а на другом — противовес. Сверхпроводник — это материал, который при определенной температуре теряет сопротивление электрическому току. Сверхпроводник взаимодействует с электромагнитными волнами в вакууме и, как следствие, должен менять свой вес. Это изменение веса можно обнаружить с помощью интерферометрии — метода, основанного на сравнении фаз световых лучей, отраженных от разных концов весов.

Схема прототипа весов, включая оптическую индикацию и алюминиевый подвесной образец (синий) и латунный противовес (оранжевый)
Схема прототипа весов, включая оптическую индикацию и алюминиевый подвесной образец (синий) и латунный противовес (оранжевый)
Автор: Allocca, A., Avino, S., Calloni, E. et al. Thermal noise-limited beam balance as prototype of the Archimedes vacuum weight experiment and B-L dark photon search. Eur. Phys. J. Plus139, 158 (2024). https://doi.org/10.1140/epjp/s13360-024-04920-x Источник: link.springer.com

Прибор работает при температуре 90K (-183°C) и расположен в лаборатории на Сардинии, где очень низкий уровень сейсмического шума. Первые испытания показали, что прибор достаточно чувствителен, чтобы измерить взаимодействие вакуума и гравитации. Однако, для получения окончательных результатов нужно еще улучшить точность и устойчивость прибора, а также уменьшить влияние других факторов, таких как температура, давление, влажность и т. д.

Если эксперимент удастся, он может стать прорывом в понимании темной энергии и ее связи с квантовой физикой. Это, в свою очередь, может открыть новые горизонты для изучения Вселенной и ее эволюции.

11 комментариев

Добавить комментарий

1
Прошу прощения, но на 90% новость состоит из бессмысленных фраз и голословных тезисов.
Начать можно с того, что квантовые флуктуации состоят из ВСЕХ существующих в природе частиц, а не электромагнитных. А зкончить можно тем, что тёмная энергия — это НЕ энергия, а просто само явление расширения континуума. Природа её неизвестна и изучается.
106048712177262118125@google
Как бы никто не имеет ни малейшего понятия, что такое пространство, и уж тем более как оно может расширяться. С тем же (и даже большим) успехом можно предположить, что фотоны стареют на временах в сотни миллионов лет, и много чего еще.
В современной астрофизике ничего ни с чем не сходится, поэтому они постоянно придумывают какие-то чудеса.
P.S. Нулевые флуктуции относятся только к полю. А поскольку про сильное и слабое взаимодействия известнотнемного, а квантовой теории гравитации нет, то да, только к электромагнитному полю. К вакууму они понятно никакого отношения не имеют, просто в каждой моде реального поля присутствует шум существенно квантовой природы в количестве пол фотона, и его отлично можно померить в эксперименте.
a
Нулевые колебания есть у всех квантованных полей. Поскольку частицы, как доказал еще де Бройль, являются волнами — все они виртуально имеются в вакууме.
106048712177262118125@google
Квантованных полей — одна штука. Про сильное и слабое взамимодействие не знают толком даже потенциал.
a
Чаво? Лагранжиан хорошо известен, что у электрослабых, что у сильных взаимодействий. Какой еще «потенциал» вам нужен?
106048712177262118125@google
Поскольку у меня по ядерной физике было 5, сообщаю: какой потенциал сильного взаимодействия, никто не знает, поскольку померить там что-то крайне проблематично. На данный момент есть четыре приближенных формулы, так называемых модельных потенциала, которые друг от друга радикально отличаются, от прямоугольной ямы до Юкавы. Вроде как теоретики склоняются к потенциалу с отталкивающей сердцевиной, но это не точно.
a
Ядерная физика вообще не имеет ничего общего с физикой вакуума и виртуальными частицами, описываемыми стандартной моделью. Там более низкий уровень по сравнению с ядром. Так что ваша пятерка в данном случае, к сожалению, ничего не значит.
106048712177262118125@google
Сильное и слабые взаимодействия к вакууму и прочим виртуальным частицам не имеют отношения. Это взаимодействия элементарных частиц, сильное — нуклонов, слабое — всяких электронов и так далее.
a
Похоже, зря вам поставили пятерку… Бета распад ядер — это слабое взаимодействие. Рождение W/Z/Н-бозонов на LHC в протонных столкновениях — тоже.
106048712177262118125@google
«Энергия» вакуума бесконечна, потому что бесконечно количество мод поля.
Все это теоретический бред, нет в вакууме ничего и соответственно ничего там не флуктуирует. Это прямо вытекает из процедуры квантования поля, а все эти квантовые «чудеса» проистекают из желания срубить бабла на грантах.
D
Про эксперимент ничего не понятно. В каком случае вес будет меняться и почему такие явления или намеки на них не зафиксировали ранее?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Заметки аудиофила: в чем магия современных CD-плееров

Сегодня, как и много лет назад, всё больше востребованы не только виниловые вертушки, но и стационарные, а также портативные CD-плееры. Почти все специализированные бренды уже выпустили или...

Ближайшая к Земле инопланетная жизнь безнадежно примитивна: расчеты биологов исключили появление развитых цивилизаций

Когда астрономы находят у далекой звезды землеподобную планету, главный интерес всегда вызывает ее возраст. Если планета находится в так называемой зоне обитаемости (на таком расстоянии от светила,...

Живем ли мы в симуляции? Если да, то законы физики доказывают: мы в ней подопытные, а не игроки

Гипотеза о том, что окружающий мир представляет собой искусственно созданную среду, давно вышла за рамки умозрительной философии. Развитие теоретической физики, квантовой механики и теории...

101 километр между Волгой и Доном: зачем СССР соединил две великие реки

Если посмотреть на карту возле Волгограда, замысел кажется почти очевидным. Волга и Дон подходят друг к другу так близко, будто человеку осталось провести между ними одну линию. По Волге можно...

Три экологические формы байкальского омуля: как калибровка жаберных тычинок разделила один вид

Анатомический подсчет выростов на первой жаберной дуге байкальского омуля (Coregonus migratorius) дает строго фиксированный разброс: от 36 до 55 шт. Если у выловленной рыбы зафиксировано менее 41...

Этот лед горячее расплавленной стали: физики открыли новую форму воды в недрах планет-гигантов

Магнитные поля Земли, Юпитера и Сатурна имеют форму правильного диполя. Их силовые линии выходят из областей вблизи географических полюсов, а центр магнитного диполя практически совпадает с центром...