Tiede yllättää: Tyhjä avaruus ei ehkä olekaan tyhjä
Ota nyt iisisti, sillä tämä juttu saattaa maataa käsityksesi todellisuudesta.
Fyysikot saattavat juuri osoittaa, että se tyhjäksi luulemamme avaruus ei ole ollenkaan tyhjä. Hö?
Heisenberg heitti villin idean
Lähes 90 vuotta sitten Werner Heisenberg esitti jotain, mikä kuulosti ehkä hullummalta kuin se oli. Hän väitti, että tyhjiö – se pohjaton pimeys tähtien välissä – ei ole todellisuudessa tyhjä lainkaan. Se kuohuu. Siellä hyppivät esiin ja katoavat häviävän nopeasti pienet "virtuaalipartikkelit".
Heisenberg nimesi ilmiön tyhjiön kaksitaittuvuudeksi. Osoitus on vähän sama kuin jos ajattelisit valoa vetenä: kun se kulkee alueen läpi, jossa on virtuaalipartikkeleita JA uskomattoman voimakas magneettikenttä, valo alkaa käyttäytyä oudosti. Sen aallot alkavat järjestyä tiettyyn suuntaan. Mitä voimakkaampi magneettikenttä, sitä selvemmin tämä näkyy.
Ongelma: Emme pysty luomaan tällaisia kenttiä
Tässä on mutka: jotta näkisimme ilmiön käytännössä, tarvitsisimme magneettikentän, joka on yli sata miljoonaa kertaa voimakkaampi kuin mikään, mitä laboratorioissa on koskaan saavutettu. Maan päällä emme pääse lähellekään. Se on kuin yrittäisi tutkia syvänmeren elämää vain mökin takapihan uima-altaasta käsin.
Mutta luonto on toista maata.
Tähän astuvat magnetarit
Tutkijat suuntasivat katseensa magnetareihin – harvinaiseen neutonitähtien tyyppiin, joilla on koko universumin voimakkaimmat magneettikentät. Nämä ovat melkoisia koneistoja. Magnetarin magneettikenttä on niin raju, että jos tulisit 1 000 kilometrin päähän yhdestä, kenttä repisi elektronit irti jokaisesta atomista kehossasi. Liukenisit atomeiksi. Ei suositella lomakohteeksi.
Tohtori Marcus Lower Swinburne-yliopistosta johti havaintoja magnetar 1E 1547.0-5408:sta. Työkaluina olivat CSIRO:n Parkes-radioteleskooppi ja Ngarrgu Tindebeek -supertietokone. Lisäksi tutkijat yhdistivät tuloksensa Nasan röntgenteleskooppien mittauksiin avaruudessa.
Mitä löytyi?
Tutkijaryhmä seurasi, kuinka magnetarin radioaallot ja röntgensäteet polarisoituivat tähden pyöriessä. Ja nyt kiinnostava osuus: polarisaation suunta pysyi lukittuneena magnetarin magneettikentän suuntaan. Juuri näin teorian pitäisikin toimia, jos tyhjiön kaksitaittuvuus tapahtuu.
Sekä radioaallot että röntgensäteet osoittivat samaa linjautumista. Tämä on vahva merkki siitä, että Heisenbergin virtuaalipartikkelit todella vaikuttavat valon kulkuun tässä äärimmäisessä ympäristössä.
Miksi sinun pitäisi välittää?
Jos tulos pitää paikkansa, kyseessä on melkoinen juttu. Ensinnäkin: lähes 90 vuotta vanha ennustus pääsee vihdoin testiin. Se on kuin olisi saanut tietää, että isoisän vanha villi teoria olikin oikeassa.
Tärkeämpää on, että saamme uuden tavan tutkia kvanttifysiikkaa olosuhteissa, joita emme koskaan pystyisi toistamaan maan päällä. Magnetarit ovat luonnon omia laboratorioita, joissa voidaan ymmärtää, kuinka universumin perussäännöt käyttäytyvät äärimmäisissä tilanteissa.
Tutkijat tarvitsevat lisää dataa ja parempia simulaatioita muiden selitysten poissulkemiseen. He ovat kuitenkin varovaisen toiveikkaita. Kuten tohtori Lower asian muotoili: he saattavat viimein pystyä "viimeistelemään Heisenbergin lähes 90 vuotta sitten aloittaman tutkimuksen".
Kaiken ydin
Tässä tarinassa on jotain ihanaa: se muistuttaa meitä siitä, että universumi on outoa tavalla, jota emme voi edes kuvitella. Se "tyhjä" avaruus tähtien välissä? Se ei ole lainkaan tyhjä. Se on kvanttikeitto partikkeleita, jotka välkähtävät olemassaoloon ja häviävät, vaikuttaen valoon sen kulkiessa. Joka kerta kun katsot yötaivasta, näet fotoneja, jotka ovat muotoutuneet tämän näkymättömän tanssin mukaan.
Tiede. Ei koskaan lakkaa olemasta siistiä.