Το κενό εκτός των άλλων φρενάρει την περιστροφή

Αν μια σφαίρα περιστρέφεται στο κενό δεν θα πρέπει να επιβραδύνεται, δεδομένου ότι καμία εξωτερική δύναμη δεν ενεργεί πάνω της. Τουλάχιστον αυτό θα έλεγε είναι ο Νεύτωνας. Αλλά τι γίνεται εάν το ίδιο το κενό δημιουργεί ένα είδος τριβής που φρενάρει την περιστροφή των σωμάτων; Το φαινόμενο αυτό, που θα μπορούσε σύντομα να είναι ανιχνεύσιμο, θα μπορούσε να δράσει πάνω σε διαστρικούς κόκκους σκόνης.

Στην κβαντική μηχανική, η αρχή της αβεβαιότητας λέει ότι δεν μπορεί ποτέ κανείς να είναι σίγουρος ότι ένα φαινομενικό κενό είναι πραγματικά άδειο. Αντιθέτως, ο χώρος σφύζει από εικονικά φωτόνια που ‘σκάνε’  διαρκώς από το πουθενά και εξαφανίζονται προτού να μπορούν να μετρηθούν άμεσα. Ακόμα κι αν εμφανίζονται φευγαλέα μόνο, αυτά τα "εικονικά" φωτόνια ασκούν τις ίδιες ηλεκτρομαγνητικές δυνάμεις πάνω στα αντικείμενα που συναντούν, όπως κάνουν κανονικά τα φωτόνια.

Τώρα, οι Alejandro Manjavacas και F. Javier García de Abajo του Ινστιτούτου Οπτικής στην Ισπανία, λένε πως οι δυνάμεις αυτές θα πρέπει να επιβραδύνουν τα περιστρεφόμενα αντικείμενα στο κενό. Και μάλιστα όταν ένα εικονικό φωτόνιο χτυπήσει ένα αντικείμενο προς την αντίθετη κατεύθυνση περιστροφής του συγκρούεται με μεγαλύτερη δύναμη απ ‘ότι αν χτυπήσει προς την ίδια κατεύθυνση με την φορά περιστροφής.

Έτσι την πάροδο του χρόνου, ένα περιστρεφόμενο αντικείμενο σταδιακά θα επιβραδυνθεί, ακόμη και αν ίσος αριθμός εικονικών φωτονίων, το βομβαρδίζουν από όλες τις πλευρές. Η περιστροφική ενέργεια που χάνει στη συνέχεια εκπέμπεται με τη μορφή πραγματικών, ανιχνεύσιμων φωτονίων. (Physical Review Α).

Η ένταση του αποτελέσματος εξαρτάται από το σχήμα και το μέγεθος του αντικειμένου. Αντικείμενα των οποίων οι ηλεκτρονικές ιδιότητες τα εμποδίζουν να απορροφούν εύκολα τα ηλεκτρομαγνητικά κύματα, όπως ο χρυσός, μπορεί να επιβραδυνθεί λίγο ή καθόλου. Αλλά μικρά, χαμηλής πυκνότητας σωματίδια, τα οποία έχουν λιγότερη στροφορμή, επιβραδύνεται δραματικά.

Ο ρυθμός της επιβράδυνσης εξαρτάται επίσης από τη θερμοκρασία, δεδομένου ότι όσο θερμότερο είναι τόσο περισσότερα εικονικά φωτόνια θα αναδυθούν από το κενό και θα εξαφανιστούν λίγο αργότερα, δημιουργώντας τριβή. Σε θερμοκρασία δωματίου, ένας γραφίτης πλάτους 100 νανομέτρων, μια ουσία που είναι άφθονη στη διαστρική σκόνη, θα χρειαστεί περίπου 10 χρόνια για να επιβραδυνθεί στο ένα τρίτο της αρχικής ταχύτητας του. Στους 700° C, μια μέση θερμοκρασία για τις θερμές περιοχές του σύμπαντος, η ίδια μείωση της ταχύτητας θα λάβει χώρα μόνο σε 90 ​​ημέρες.Στο ψυχρό διαστρικό διάστημα, θα συμβεί σε 2,7 εκατομμύρια χρόνια.

Θα μπορούσε άραγε αυτό το αποτέλεσμα να ελεγχθεί στο εργαστήριο; Ο Manjavacas λέει πως το πείραμα αυτό θα απαιτούσε ένα εξαιρετικά υψηλό κενό και υψηλής ακρίβειας λέιζερ για να παγιδεύουν τα νανοσωματίδια, συνθήκες “απαιτητικές, αλλά προσβάσιμες στο εγγύς μέλλον".

Ο John Pendry του Imperial College του Λονδίνου λέει ότι η ανάλυση αυτή είναι καλή και ότι θα μπορούσε να μας πει το κατά πόσον η κβαντική πληροφορία καταστρέφεται, για παράδειγμα, όταν πέφτει σε μια μαύρη τρύπα. Εξηγεί ότι τα πραγματικά φωτόνια που εκπέμπονται κατά τη διαδικασία της επιβράδυνσης πρέπει να περιέχουν πληροφορίες σχετικά με την κβαντική κατάσταση της περιστροφής των σωματιδίων, όπως και τα φωτόνια που ξεφεύγουν από τις μαύρες τρύπες ως ακτινοβολία Hawking, πιστεύεται ότι κωδικοποιούν τις πληροφορίες για τις μαύρες τρύπες.

"Είναι μία από τις λίγες στοιχειώδεις διαδικασίες που μετατρέπει κάτι που φαίνεται να είναι καθαρά κλασική μηχανική ενέργεια σε μια υψηλού βαθμού συσχέτισης κβαντική κατάσταση", λέει ο Pendry.

Πηγη

Posted in: επιστήμη