Майже 90 років тому Вернер Гайзенберг припустив, що навіть абсолютно порожній простір може поводитися не так просто, як здається. Тепер астрономи, можливо, знайшли перші докази цього дивного квантового ефекту.
Дослідники спостерігали за магнетаром — надзвичайно щільною нейтронною зорею з одним із найпотужніших магнітних полів у Всесвіті. Аналіз її випромінювання показав ознаки явища, відомого як вакуумне двозаломлення.
Коли вакуум перестає бути «порожнім»
Згідно з квантовою фізикою, вакуум насправді не є абсолютною порожнечею. На найфундаментальнішому рівні в ньому можуть виникати й на мить зникати так звані віртуальні частинки.
Гайзенберг ще в 1930-х роках передбачив, що надзвичайно сильне магнітне поле здатне впливати на ці квантові процеси. У результаті світло, проходячи через такий вакуум, може змінювати свої властивості. Проблема в тому, що створити необхідне магнітне поле на Землі практично неможливо.
На допомогу прийшов сам Всесвіт.
Магнетар як природна лабораторія
Об’єкт 1E 1547.0-5408, або просто 1E1547, має настільки потужне магнітне поле, що воно приблизно у 100 мільйонів разів сильніше за найпотужніші поля, які люди здатні створити в лабораторіях. Саме тому магнетари вважають своєрідними космічними лабораторіями для перевірки екстремальної фізики.
Науковці спостерігали за 1E1547 за допомогою радіотелескопа Murriyang, а отримані дані аналізували на суперкомп’ютері. Додатково вони використали рентгенівські спостереження космічних телескопів NASA IXPE та NICER. Дослідники стежили за поляризацією випромінювання — напрямком, у якому коливаються електромагнітні хвилі.
Світло показало цікаву закономірність
Рентгенівське випромінювання магнетара виявило дуже високу поляризацію. При цьому її напрямок залишався узгодженим із напрямком магнітного поля зорі.
Схожу картину показали й радіоспостереження. Для дослідників це важливо, адже саме така поведінка може відповідати прогнозам вакуумного двозаломлення. Інакше кажучи, світло, можливо, проходить через «порожній» простір навколо магнетара не зовсім так, як мало б у звичайному вакуумі. Втім, вчені поки не говорять про остаточне відкриття.
Потрібні додаткові докази
Дослідники наголошують, що інші фізичні процеси також можуть створювати подібні сигнали. Тому необхідні нові спостереження та точніші комп’ютерні моделі. Якщо результат підтвердиться, це стане важливим доказом одного з передбачень квантової фізики, яке десятиліттями залишалося без прямого підтвердження.
А головне — людство отримає можливість перевіряти фундаментальні закони фізики в умовах, які неможливо відтворити на Землі. Можливо, для цього науковцям довелося чекати майже століття — і дивитися не в лабораторію, а в найекстремальніші куточки Всесвіту. Дослідження було опубліковано у журналі Nature.