Jak stworzyć coś z niczego
Fizycy z University of Michigan zbudowali teoretyczne podstawy do stworzenia czegoś z niczego. Opracowali oni nowe równania, które dowodzą, że wysokoenergetyczny strumień elektronów połączony z intensywnymi impulsami lasera jest w stanie oddzielić w próżni materię od antymaterii, co wywołałoby lawinę wydarzeń prowadzących do powstania dodatkowych par cząstek i antycząstek.
Obliczyliśmy jak za pomocą pojedynczego elektronu stworzyć kilkaset cząstek. Sądzimy, że w naturze zjawiska takie zachodzą w pobliżu pulsarów i gwiazd neutronowych - stwierdził Igor Sokolov, który prowadził swoje badania wraz z Johnem Neesem.
Uczeni przyjęli założenie, że próżnia nie jest pustką. Z rozważań wybitnego fizyka Paula Diraca wynika bowiem, że próżnia to kombinacja materii i antymaterii czyli cząstek i antycząstek. Nie możemy jednak stwierdzić ich obecności, gdyż dochodzi do ich anihilacji.
Jednak, jak mówi Nees, w silnym polu elektromagnetycznym anihilacja może stać się źródłem nowych cząstek. Podczas anihilacji pojawiają się fotony gamma, które mogą wytwarzać dodatkowe elektrony i pozytrony.
Teoria Sokolova i Neesa już zyskała miano teoretycznego przełomu i jakościowego skoku w teorii.
Już pod koniec lat 90. ubiegłego wieku udało się w warunkach eksperymentalnych uzyskać fotony gamma i przypadkową parę elektron-pozytron. Wspomniane równanie opisuje sposób uzyskania większej liczby cząstek.
Sokolov i Nees wiedzą też, w jaki sposób można doświadczalnie zweryfikować ich obliczenia. Do ich potwierdzenia konieczne byłoby wbudowanie lasera typu Herkules (to laser wykorzystywany na University of Michigan) w akcelerator cząstek podobny do SLAC National Accelerator Laboratory na Uniwersytecie Stanforda. Jednak w najbliższym czasie takie urządzenie z pewnością nie powstanie.
Sam Sokolov zwraca uwagę na fascynujące filozoficzne pytania rodzące się w związku z jego pracą. Podstawowe pytania o to, czym jest próżnia, czym jest nicość wychodzą poza zakres nauki. Są one zakorzenione głęboko nie tylko w fizyce, ale też w filozoficznym pojmowaniu wszystkiego - rzeczywistości, życia, a nawet w religijnych pytaniach o to, czy świat mógł powstać z niczego.
Komentarze (25)
mikroos, 8 grudnia 2010, 19:29
Minęło już parę lat od mojego kursu z kwantówki, ale czy to nie musiałoby oznaczać, że próżnia emituje stale promieniowanie? Nie wydaje mi się, żeby tak było...
MrVocabulary (WhizzKid), 8 grudnia 2010, 20:29
Będziemy się martwić o takie sprawy jak wszechświat wybuchnie ;-)
thikim, 8 grudnia 2010, 20:31
Nie wiem czy to autor czy tłumacz. Nie chce mi się sprawdzać. Anihilacja prowadziłaby zaś do promieniowania energii w postaci fotonów.
To nie anihilacja zachodzi. Cząstki wirtualne po prostu znikają.
Anihilacja w tym wypadku jest jedynie sposobem produkcji cząstek wirtualnych.
http://pl.wikipedia.org/wiki/Cząstka_wirtualna
Dodane:
W ogóle całe to zdanie jest podejrzane. Autor chciał napisać o fluktuacjach kwantowych w tym zdaniu a nie o materii i antymaterii i anihilacji. Gdyby dochodziło do anihilacji to mielibyśmy całą masę fotonów z próżni. I próżnia by całkiem nieźle świeciła. Cząstki wirtualne po prostu znikają. W pewnych warunkach np. w pobliżu horyzontu zdarzeń jedna z cząstek wirtualnych może znaleźć się po drugiej stronie horyzontu i wtedy pozostała cząstka jako że nie ma jak zniknąć staje się normalna.
Qwax, 8 grudnia 2010, 20:40
Ależ to jest proste... Przecież już od lat wiadomo, że próżnia promieniuje - to jest tak zwana "czarna energia". Chwilowe, między anihilacjami, masy materii i antymaterii to tak zwana "czarna materia". Można by się pobawić w obliczenia średniego czasu życia cząstek między anihilacjami, jeżeli wiadomo jaki jest stosunek ilości "czarnej energii" do "czarnej materii"....
to oczywiście żart, ale jak by się okazał prawdą to proszę o mnie pamiętać przy przyznawaniu nagrody Nobla
Qwax;-))))
Jurgi, 8 grudnia 2010, 20:43
To ciekawy pomysł z tą ciemną materią i energią… Może faktycznie Nobel ci się należy.
)
W skrócie: …próżnia jest połączeniem materii i antymaterii, ich gęstość jest gigantyczna, ale nie możemy ich (istnienia) postrzegać, ponieważ ich obserwowalne efekty całkowicie znoszą się wzajemnie…
Starsi miłośnicy s-f może pamiętają trylogię „Ludzie jak bogowie” Siergieja Sniegowa, w której ludzie przekształcają swobodnie przestrzeń w masę i odwrotnie (odkrywają też fale przestrzenne, o prędkości większej od światła). Ciekawe, co tam jeszcze się sprawdzi ze starych fantazji.
)
thikim, 8 grudnia 2010, 20:48
A powiem że to brzmi bardzo ciekawie i na moim poziomie wiedzy dość sensownie. Dziwne byłoby jednak że nikt na to nie wpadł. Z zewnątrz zdaje się że wszelkie tego typu procesy są niedostrzegalne, tzn. tylko w bardzo specyficznych zjawiskach jesteśmy w stanie wykryć oddziaływania cząstek wirtualnych. Właśnie dziwi mnie że nikt nie mówi o masie próżni, jeśli o ciśnieniu próżni, efekcie Casimira mamy prace zarówno teoretyczne jak i praktyczne.
Qwax, 8 grudnia 2010, 21:03
pamiętacie "jajko Kolumba" - też było proste a nikt na to nie wpadł ;-)))
Przemek Kobel, 9 grudnia 2010, 23:16
Czarna energia jest podejrzewana o rozpychanie Wszechświata. Średnio to pasuje do słowa "promieniowanie" - już prędzej jakieś pole. Czarna materia jest wykrywalna np. przez soczewkowanie grawitacyjne. To znaczy, że istnieją jej stabilne, mniejsze i większe skupiska. To z kolei średnio pasuje do par wirtualnych, które bez przerwy się pojawiają i znikają (z wyjątkiem tych odpowiedzialnych za świecenie czarnych dziur).
A tak w ogóle, to ci naukowcy zastanawiają się nad ciekawą sprawą. Coś co dla nas jest próżnią, wcale nią być nie musi. Z kolei nasza materia z pewnego punktu widzenia to tylko chmury rozpychających się ładunków. Np. to, że możemy dotykać i przesuwać przedmioty to efekt zjawisk elektrostatycznych. Gdyby istniały jakieś stwory zbudowane z materii "neutrinowej" (obojętnej na te zjawiska), zupełnie by nas nie zauważały. Zresztą, zdaje się, że już ktoś napisał podobną opowiastkę SF.
Jarek Duda, 9 grudnia 2010, 23:35
Kreacja par nie odpowiada na takie pytanie - jest całkowicie naturalna np. w używanych powszechnie modelach solitonowych, jak na animacji anihilacji pary:
http://en.wikipedia.org/wiki/Topological_defect
którą jeśli puścimy od końca dostaniemy animację kreacji pary cząstek z energii.
Są inne, dużo głębsze problemy z tym pytaniem - to że mamy więcej materii niż antymaterii.
Czyli jeśli świat powstał z niczego, liczba barionowa wszechświata wzrosła - czyli nie jest zachowana - czyli musimy dopuścić np. rozpad protonu (co wiąże się z tym że np. zanim gwiazda neutronowa zapadłaby do nieskończonej gęstości, powinna zacząć spalać swoje bariony ... )
Jeśli już pozwolimy na to, kolejnym ponoć bardzo trudnym pytaniem jest: skąd ta asymetria?
Jak dla mnie odpowiedź jest bardzo prosta: po prostu stacjonarny stan symetryczny był niestabilny - odpychający ... np. wystarczy dowolnie mały efekt typu że w pobliżu protonu bariogeneza tworzy odrobinę więcej protonów niż antyprotonów - no i z symetrii którą łamiemy (CPT), analogicznie w pobliżu anty-protonów powstaje odrobinę więcej anty-protonów niż protonów ... czyli gdy równowaga lekko (lokalnie?) przechyliła się w jedną: losowo wybraną stronę, dalej dzięki anihilacji już z górki było do pełnej dominacji tego typu materii ...
Czyli coś jak: dlaczego mimo symetrii nasze życie używana L-aminokwasów?
Po prostu stan równowagi jest niestabilny: czym więcej organizmów jednego typu, tym więcej ten typ organizmów ma materiału do budowy i balans się jeszcze bardziej przechyla ...
Jajcenty, 9 grudnia 2010, 23:49
Może nie promieniuje ale wrze
Patrz efekt Casimira.
Jajcenty, 9 grudnia 2010, 23:52
Czytałem (może to tylko plotki), że glinki na których były absorbowane pierwotne aminokwasy preferowały l-skrętne. Czyli przypadek.
Jarek Duda, 9 grudnia 2010, 23:59
Oj nie emituje stale - podstawowa zasada: zachowanie energii!
Po prostu ma możliwość przekształcania energii np. fotonów, w parę cząstek - czyli w ich energię spoczynkową (masę): zgromadzoną w ich strukturze ... i znowu świetnie to widać na solitonach ...
A jak się solitony mają do mechaniki kwantowe? Mimo zlokalizowania, bardzo dobrze:
http://docs.google.com/viewer?a=v&pid=explorer&chrome=true&srcid=0B7ppK4I%20yMhisYmI3YTAzNzYtMDkyNy00ZDAxLTg1NGEtOTg4NWNkYzU3M%20jQ1&hl=en
A co do efektu Casimira - to opiera się on na tym że 'zerowy' mod studni już na dzień dobry ma energię ... popatrzmy się na to z drugiej strony: po prostu studnia sama w sobie ma tą energię - tworząc ją, modyfikując zmieniamy ilość energii zawartej w jej strukturze ...
A co do tych glinek to nie słyszałem i musiałbym się przyglądnąć ... ?
Złamaną symetrię możemy mieć w kryształach ... w glinkach raczej musiałyby być już substancje o statystycznie dominującej skrętności - może już początki życia?
Przemek Kobel, 10 grudnia 2010, 00:00
Michał Heller proponował model wykorzystujący "asymetryczne" funkcje. Nie pamiętam dokładnie gdzie i jak, tylko tyle, że było w kapitalnej "Kosmologii kwantowej".
Jarek Duda, 10 grudnia 2010, 00:09
Asymetryczne funkcje?
Nie słyszałem, ale kojarzy się z łamaniem symetrii na poziomie równań - czyli że wbrew CPT materia jest jakoś faworyzowana nad antymaterią.
Zupełnie nie potrzebujemy takich egzotycznych założeń - wystarczy żeby stan stacjonarny nie był stabilny, co jest całkowicie naturalnym zjawiskiem - a wtedy po prostu było pierwsze losowanie w którym wygrała materia no i zdominowała ...
Gdy w pobliżu np. protonu dzieje się bariogeneza, ma on niezerowy wpływ na nią (formalnie: dodatkowe krawędzie w grafach Feynmana) - jeśli przy jednym tego typu scenariuszu jest dowolnie mały wpływ w odpowiednią stronę - symetryczny stan stacjonarny staje się statystycznie niestabilny i dominacja wylosowanego jednego rodzaju materii staje się nieunikniona ...
thikim, 10 grudnia 2010, 20:51
Znamy te zasadę i tak samo o niej piszemy i tak samo uważamy że nie emituje. Chodzi po prostu o wyjaśnienie tego co napisano w artykule. A napisano:
Więc jest ta anihilacja czy nie? Bo według mnie chodzi o coś innego niż anihilacja cząstka-antycząstka gdzie powstają przynajmniej dwa fotony.
Chodzi o anihilację cząstek wirtualnych, cząstki i antycząstki gdzie jedna ma dodatnią energię a drugą ujemną i dlatego żadne fotony nie powstają ani żadnej energii nie emituje. Dalej, to chyba nawet niekoniecznie nazywa się anihilacją. Jest jeszcze drugi problem(jeśli mają sumę energii zero to jednak nie jest łamana zasada zachowania energii) ale o nim później.
Qwax, 10 grudnia 2010, 21:45
Ależ pytanie zostało źle postawione bo wynikło z 'niepewnych założeń'. Przy założeniu innym, np.że, jak w artykule, potraktujemy próżnię jako układ kreująco-anihilujących materii i antymaterii, liczba barionowa może pozostać wielkością stałą przy fluktuacyjnym rozcziale miejsca tworzenia antymaterii od miejsca tworzenia materii. W końcu są one nierozróżnialne. Przy odrobinie dobrej woli możnaby uznać Wielki Wybuch jako moment w kt€rym fala tworzenia materii "poszła w jednym kierunku" a fala tworzenia antymaterii w drugim...
'nie ma to jak dobra zabawa w wymyślanie...;-) '
Miłego weekendu
Jarek Duda, 11 grudnia 2010, 08:29
To nie tak - żadne morze Diraca o nieskończonej energii ... po prostu próżnia ma 'zdolność' przekształcania jednego rodzaju energii w drugi - np. energii fotonów w energię budującą strukturę cząstki - energię spoczynkową (masę) np. cząstki oraz antycząstki (jak w solitonach).
A co do łamania symetrii - Qwax, chyba proponujesz że dla zachowania liczby barionowej, pół wszechświata jest zbudowane z antymaterii ... w takiej sytuacji np. wodór, pył, większe obiekty z obu regionów powinny 'dyfundować' i anihilować blisko granicy, produkując charakterystyczne promieniowanie, które powinniśmy obserwować jako świecącą łunę ... (?)
Bezpieczniejszym założeniem jest chyba że większość możliwej anihilacji została już przeprowadzona i balans nie wyszedł na zero - czyli że liczba barionowa wszechświata wzrosła od hipotetycznego startowego zera - czyli mamy jakąś wersję rozpadu protonu i symetryczny stan stacjonarny jest statystycznie niestabilny/odpychający - np. w okolicy jednego rodzaju cząstki bariogeneza tworzy odrobinę częściej ten sam typ materii ...
A co do 'wymyślania' - rzeczywiście kosmologia daje sporo do popisu więc mamy pełno ciężko weryfikowalnych hipotez ... dlatego uważam że lepiej na razie skupić się na dobrym zrozumieniu tej praktycznej: mikroskopowej fizyki, dzięki czemu ta makroskopowa wypadkowa też powinna odkryć swoje sekrety ...
odalisques, 11 grudnia 2010, 11:20
Możesz wyjaśnić w jaki sposób doszedłeś do takiego wniosku? Nie próbuję nic tu negować, po prostu zgodnie ze stanem mojej wiedzy zacytowany fragment nie ma żadnego sensu i stąd moja ciekawość.
Jarek Duda, 11 grudnia 2010, 12:06
Przyjmując zachowanie liczby barionowej, pozostają dwie (masz więcej sensownych?) alternatywy:
- połowa wszechświata jest zbudowana z antymaterii, albo
- już na starcie wielkiego wybuchu (czyli niby zanim powstały bariony), liczba barionowa byłą taka jak dziś - czyli że było porównywalnie materii co teraz ...
W takim razie która opcja ma dla Ciebie sens i dlaczego?
Jurgi, 11 grudnia 2010, 14:37
Zupełnie jakbym czytał „Głos Pana”. :-) Trzymam kciuki za dalszą dyskusję.
odalisques, 11 grudnia 2010, 15:59
Źle mnie zrozumiałeś, ja odrzucam zachowanie liczby barionowej, a samemu Modelowi Standardowemu w obecnym kształcie i zakresie nie daję więcej niż dekadę/dwie życia, jest on zwyczajnie zbyt ubogi. O wiele bliższa mi jest M-teoria. Ale mniejsza o moje preferencje - mnie zastanawia czym uzasadniasz:
bo odnośnie rozpadu protonu i zachwiania równowagi się zgadzamy. Skąd bierzesz termin "większość"? Może to kwestia semantyki, nie wiem.
Jarek Duda, 11 grudnia 2010, 18:07
Co do modelu standardowego - jak dla nie jest kwestia bycia zbyt ubogim, tylko złego podejścia koncepcyjnego - mianowicie startowania od fal płaskich ... podczas gdy wiemy że cząstki są zlokalizowane (korpuskularna natura), nawet fotony powstają pojedynczo w konkretnych ekscytacjach i pojedynczo są absorbowane (zobacz sobie np. http://redshift.vif.com/JournalFiles/V16NO2PDF/V16N2CRO.pdf )... dalej patrząc się np. na pole elektryczne dookoła elektronu: ma ono w nim osobliwość (topologiczną), podobnie z fazą kwantową dookoła spinu ... a w QFT na siłę próbujemy modelować skomplikowane topologicznie obiekty używając fal płaskich i poprawek z najniższymi potęgami - bo dalej się zbyt komplikuje ... zupełnie nie mamy pewności że nie pomijamy czegoś jakościowo, topologicznie istotnego ...
Jest też skutecznie używane podejście nie startujące od QM, tylko w drugą stronę np. w modelach skyrmionowych mezonów/barionów: zacząć od solitonów topologicznych w klasycznej teorii pola i dopiero potem się martwić o mechanikę kwantową ... i nagle wszystko staje się intuicyjne, nie ma żadnych problemów z nieskończonościami ... a gdy jako pole weźmiesz coś jak skyrmiony tylko mniej abstrakcyjne i z potencjałem typu Higgsa - po prostu pole elipsoid (jak tensor naprężeń), okazuje się że jego solitony topologiczne ładnie oddają całą menażerię cząstek, z oddziaływaniami, gradacją masy i dynamiką daną 2 równaniami Maxwella: dla elektromagnetyzmu i grawitacji (zobacz końcówkę prezentacji którą wcześniej zlinkowałem).
Chodzi mi o to że zanim rzucimy się na jakieś desperackie pomysły typu M-teroie w 11 wymiarach ... może warto przemyśleć filozofię i spróbować prostsze podejścia ...
A co do większości anihilacji ... to chodzi mi o to że jeśli po łamiącej liczbę barionową bariogenezie zostało x barionów i y anty-barionów ... to po anihilacji zostaje jakieś x-y barionów i praktycznie 0 anty-barionów ... jasne, pewnie czasem sobie jakiś wolny polata, ale jednak w świecie zdominowanym przez materię: niedługo.
waldi888231200, 12 grudnia 2010, 01:20
W Krakowie tez mamy osobliwość topograficzną ... babińskiego.
Piotrek, 14 grudnia 2010, 10:54
Perpetum mobile nie istnieje a temat sugeruje inaczej co jest błędem.
Już sama materia to jest bytem, więc to nie jest nic. Proszę o poprawę tematu.