Selon la mécanique quantique, le vide n'est pas qu'un espace vide. En fait, il est rempli d'énergie quantique et de particules, de minuscules particules qui continuent d'apparaître et de disparaître comme ça, laissant derrière elles une traînée sous forme de signaux que nous appelons les fluctuations quantiques. Pendant des décennies, ces fluctuations n'existaient que dans nos théories quantiques, jusqu'à ce qu'en 2015 les chercheurs annoncent qu'ils les ont directement détectées et déterminées. Et maintenant, la même équipe de scientifiques affirme avoir avancé beaucoup plus loin dans ses recherches - ils ont pu manipuler le vide lui-même et déterminer les changements dans ces signaux mystérieux à partir du vide.
Nous entrons ici sur le territoire de la physique de haut niveau, mais plus important encore, si les résultats de l'expérience dont nous parlerons aujourd'hui sont confirmés, alors il est fort possible que cela signifie que les scientifiques aient découvert une nouvelle façon d'observer, d'interagir et de tester pratiques de la réalité quantique sans interférer avec sa. Ce dernier est particulièrement important, car l'un des plus gros problèmes de la mécanique quantique - et de notre compréhension - est que chaque fois que nous essayons de mesurer ou même simplement d'observer un système quantique, nous le détruirons par cette influence. Comme vous pouvez l'imaginer, cela ne correspond pas vraiment à notre désir de découvrir ce qui se passe réellement dans ce monde quantique.
Et c'est à partir de ce moment que le vide quantique vient à la rescousse. Mais avant de poursuivre, rappelons brièvement ce qu'est un vide du point de vue de la physique classique. Ici, il représente un espace totalement dépourvu de toute matière et contenant des énergies des plus faibles magnitudes. Il n'y a pas de particules ici, ce qui signifie que rien ne peut interférer ou déformer la physique pure.
L'une des conclusions de l'un des principes les plus fondamentaux de la mécanique quantique - le principe d'incertitude de Heisenberg - fixe une limite à la précision de l'observation des particules quantiques. De plus, selon ce principe, le vide n'est pas un espace vide. Il est rempli d'énergie, ainsi que de paires de particules d'antiparticules qui apparaissent et disparaissent au hasard. Ces particules sont «virtuelles» plutôt que matérielles physiquement, c'est pourquoi vous ne pouvez pas les détecter. Mais même s'ils restent invisibles, comme la plupart des objets du monde quantique, ils affectent également le monde réel.
Ces fluctuations quantiques créent des champs électriques à fluctuation aléatoire qui peuvent agir sur les électrons. Et c'est grâce à cet effet que les scientifiques ont démontré indirectement leur existence dans les années 1940.
Au cours des décennies suivantes, cela est resté la seule chose que nous savions sur ces fluctuations. Cependant, en 2015, un groupe de physiciens dirigé par Alfred Leitenstorfer de l'Université de Constance en Allemagne a déclaré avoir été en mesure de déterminer directement ces fluctuations en observant leur effet sur une onde lumineuse. Les résultats des travaux des scientifiques ont été publiés dans la revue Science.
Dans leurs travaux, les scientifiques ont utilisé des impulsions laser à ondes courtes d'une durée de quelques femtosecondes seulement, qu'ils ont envoyées dans le vide. Les chercheurs ont commencé à remarquer des changements subtils dans la polarisation de la lumière. Selon les chercheurs, ces changements ont été directement causés par des fluctuations quantiques. Le résultat des observations suscitera sûrement la controverse plus d'une fois, mais les scientifiques ont décidé de porter leur expérience à un nouveau niveau en "comprimant" le vide. Mais cette fois aussi, ils ont commencé à observer d'étranges changements dans les fluctuations quantiques. Il s'avère que cette expérience s'est non seulement avérée être une autre confirmation de l'existence de ces fluctuations quantiques - ici, nous pouvons déjà parler du fait que les scientifiques ont découvert un moyen d'observer le cours d'une expérience dans le monde quantique sans affecter le résultat final.ce qui dans tout autre cas détruirait l'état quantique de l'objet observé.
«Nous pouvons analyser les états quantiques sans les changer à la première observation», commente Leitenstorfer.
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En règle générale, lorsque vous souhaitez retracer l'effet des fluctuations quantiques sur une particule de lumière particulière, vous devez d'abord détecter et isoler ces particules. Ceci, à son tour, supprimera la «signature quantique» de ces photons. Une expérience similaire a été menée par une équipe de scientifiques en 2015.
Dans le cadre de la nouvelle expérience, au lieu d'observer les changements des fluctuations quantiques en absorbant ou en amplifiant les photons de la lumière, les chercheurs ont observé la lumière elle-même en termes de temps. Cela peut sembler étrange, mais dans le vide, l'espace et le temps fonctionnent de telle sorte que l'observation de l'un vous permet immédiatement d'en apprendre davantage sur l'autre. Faisant une telle observation, les scientifiques ont découvert que lorsque le vide est "comprimé", cette "compression" se produit exactement de la même manière qu'elle se produit lorsqu'un ballon est comprimé, uniquement accompagnée de fluctuations quantiques.
À un moment donné, ces fluctuations sont devenues plus fortes que le bruit de fond du vide non comprimé, et à certains endroits, au contraire, elles étaient plus faibles. Leitenstorfer donne une analogie avec un embouteillage se déplaçant dans un espace étroit de la route: au fil du temps, les voitures dans leurs voies occupent la même voie pour se faufiler dans l'espace étroit, puis reviennent sur leurs voies. Dans une certaine mesure, selon les observations des scientifiques, la même chose se produit dans le vide: la compression d'un vide à un endroit conduit à une distribution des changements des fluctuations quantiques à d'autres endroits. Et ces changements peuvent s'accélérer ou ralentir.
Cet effet peut être mesuré dans l'espace-temps, comme le montre le graphique ci-dessous. La parabole au centre de l'image représente le point de "compression" sous vide:
Le résultat de cette compression, comme on peut le voir sur la même image, est un «affaissement» des fluctuations. Ce n'est pas moins surprenant pour les scientifiques que le niveau de puissance des fluctuations à certains endroits était inférieur au niveau de bruit de fond, qui, à son tour, est inférieur à celui de l'état fondamental de l'espace vide.
"Étant donné que la nouvelle méthode de mesure n'implique pas la capture ou l'amplification de photons, il est possible de détecter et d'observer directement le bruit de fond électromagnétique dans le vide, ainsi que les déviations contrôlées des états créés par les chercheurs", indique l'étude.
Les chercheurs testent actuellement l'exactitude de leur méthode de mesure et tentent de comprendre ce qu'elle peut réellement faire. Malgré les résultats déjà plus qu'impressionnants de ces travaux, il est toujours possible que les scientifiques aient mis au point une soi-disant «méthode de mesure peu convaincante», qui, peut-être, est capable de ne pas violer les états quantiques des objets, mais en même temps n'est pas en mesure d'en dire plus. à propos de tel ou tel système quantique.
Si la méthode fonctionne, alors les scientifiques veulent l'utiliser pour mesurer «l'état quantique de la lumière» - le comportement invisible de la lumière au niveau quantique que nous commençons à peine à comprendre. Cependant, des travaux supplémentaires nécessitent une vérification supplémentaire - réplication des résultats de la découverte d'une équipe de chercheurs de l'Université de Constance et démontrant ainsi l'adéquation de la méthode de mesure proposée.
NIKOLAY KHIZHNYAK
