Kwa hivyo utupu huo ukome kuwa utupu
Utupu ni mahali ambapo, hata kama hauoni, mengi hutokea. Walakini, ili kujua ni nini hasa kinachohitaji nishati nyingi hivi kwamba hadi hivi karibuni ilionekana kuwa haiwezekani kwa wanasayansi kutazama ulimwengu wa chembe za kawaida. Wakati watu wengine wanaacha katika hali kama hiyo, haiwezekani kwa wengine kuwahimiza kujaribu.
Kulingana na nadharia ya quantum, nafasi tupu imejazwa na chembe za kawaida ambazo huzunguka kati ya kuwa na kutokuwa. Pia hazitambuliki kabisa - isipokuwa tungekuwa na kitu chenye nguvu kuzipata.
"Kawaida, watu wanapozungumza kuhusu ombwe, wanamaanisha kitu ambacho ni tupu kabisa," alisema mwanafizikia wa nadharia Mattias Marklund wa Chuo Kikuu cha Teknolojia cha Chalmers huko Gothenburg, Uswidi, katika toleo la Januari la NewScientist.
Inatokea kwamba laser inaweza kuonyesha kwamba sio tupu kabisa.
Elektroni kwa maana ya takwimu
Chembe pepe ni dhana ya hisabati katika nadharia za uga wa quantum. Ni chembe za kimwili zinazoonyesha uwepo wao kwa njia ya mwingiliano, lakini hukiuka kanuni ya shell ya wingi.
Chembe halisi huonekana katika kazi za Richard Feynman. Kulingana na nadharia yake, kila chembe ya mwili kwa kweli ni mkusanyiko wa chembe za kawaida. Elektroni halisi kwa kweli ni elektroni dhahania inayotoa fotoni dhahania, ambazo huoza na kuwa jozi za elektroni-positroni, ambazo kwa upande wake huingiliana na fotoni pepe - na kadhalika bila kikomo. Elektroni "kimwili" ni mchakato unaoendelea wa mwingiliano kati ya elektroni pepe, positroni, fotoni, na ikiwezekana chembe zingine. "Ukweli" wa elektroni ni dhana ya takwimu. Haiwezekani kusema ni sehemu gani ya seti hii ni kweli. Inajulikana tu kwamba jumla ya malipo ya chembe hizi zote husababisha malipo ya elektroni (yaani, kuiweka kwa urahisi, lazima kuwe na elektroni moja zaidi kuliko kuna positroni halisi) na kwamba jumla ya wingi wa chembe zote huunda wingi wa elektroni.
Jozi za elektroni-positron huundwa katika utupu. Chembe yoyote iliyo na chaji chanya, k.m. protoni, itavutia elektroni hizi pepe na kufukuza positroni (kwa usaidizi wa fotoni pepe). Jambo hili linaitwa polarization ya utupu. Jozi za elektroni-positroni zinazozungushwa na protoni
huunda dipoles ndogo ambazo hubadilisha uwanja wa protoni na uwanja wao wa umeme. Kwa hivyo, malipo ya umeme ya protoni tunayopima sio ya protoni yenyewe, lakini ya mfumo mzima, pamoja na jozi za kawaida.
Laser ndani ya utupu
Sababu inayotufanya tuamini kuwa chembe pepe zipo inarudi kwenye misingi ya quantum electrodynamics (QED), tawi la fizikia ambalo hujaribu kueleza mwingiliano wa fotoni na elektroni. Tangu nadharia hii ilipoanzishwa miaka ya 30, wanafizikia wamekuwa wakijiuliza jinsi ya kukabiliana na tatizo la chembechembe ambazo ni muhimu kimahesabu lakini haziwezi kuonekana, kusikika au kuhisiwa.
QED inaonyesha kwamba kinadharia, ikiwa tunaunda uwanja wa umeme wenye nguvu ya kutosha, basi elektroni zinazoandamana (au kuunda mkusanyiko wa takwimu unaoitwa elektroni) zitaonyesha uwepo wao na itawezekana kuzigundua. Nishati inayohitajika kwa hili lazima ifikie na kuzidi kikomo kinachojulikana kama kikomo cha Schwinger, zaidi ya ambayo, kama inavyoonyeshwa kwa mfano, utupu hupoteza sifa zake za kawaida na huacha kuwa "tupu". Kwa nini si rahisi hivyo? Kulingana na mawazo, kiwango kinachohitajika cha nishati lazima kiwe sawa na jumla ya nishati inayozalishwa na mitambo yote ya nguvu ulimwenguni - mara bilioni nyingine.
Jambo hilo linaonekana kuwa nje ya uwezo wetu. Inavyobadilika, hata hivyo, si lazima kama mtu atumie mbinu ya leza ya mipigo ya macho ya muda mfupi zaidi, yenye nguvu ya juu, iliyotengenezwa katika miaka ya 80 na washindi wa Tuzo ya Nobel ya mwaka jana, Gérard Mourou na Donna Strickland. Mourou mwenyewe alisema kwa uwazi kwamba nguvu za giga-, tera-, na hata petawatt zilizopatikana katika picha hizi bora za leza zinaunda fursa ya kuvunja ombwe. Dhana zake zilijumuishwa katika mradi wa Miundombinu ya Mwanga Mkubwa (ELI), ulioungwa mkono na fedha za Ulaya na kuendelezwa nchini Rumania. Kuna leza mbili za 10-petawati karibu na Bucharest ambazo wanasayansi wanataka kutumia kushinda kikomo cha Schwinger.
Hata hivyo, hata kama tunaweza kuvunja vikwazo vya nishati, matokeo - na nini hatimaye kuonekana kwa macho ya wanafizikia - bado haijulikani sana. Katika kesi ya chembe za kawaida, mbinu ya utafiti huanza kushindwa, na mahesabu hayana maana tena. Hesabu rahisi pia inaonyesha kuwa lasers mbili za ELI hutoa nishati kidogo sana. Hata vifurushi vinne vilivyojumuishwa bado ni mara 10 chini ya inavyohitajika. Walakini, wanasayansi hawakati tamaa na hii, kwa sababu wanaona kikomo hiki cha uchawi sio kikomo cha wakati mmoja, lakini eneo la mabadiliko polepole. Kwa hivyo wanatumai kwa athari fulani za mtandaoni hata kwa viwango vidogo vya nishati.
Watafiti wana mawazo mbalimbali juu ya jinsi ya kuimarisha mihimili ya laser. Mojawapo ni dhana ya kigeni ya kuakisi na kukuza vioo vinavyosafiri kwa kasi ya mwanga. Mawazo mengine ni pamoja na kukuza miale hiyo kwa kugongana miale ya fotoni na miale ya elektroni, au miale ya leza inayogongana, ambayo wanasayansi katika kituo cha utafiti cha China cha Extreme Light huko Shanghai wanasemekana kutaka kutekeleza. Mgongano mkubwa wa fotoni au elektroni ni dhana mpya na ya kuvutia ambayo inafaa kuzingatiwa.
