Rymden är inte tom — och det är lite obehagligt

Så, kan vi prata om hur konstig universum är för ett ögonblick? För jag stötte precis på något som fick mig att sätta mig upp och läsa om det tre gånger.

Det visar sig att rymden faktiskt inte är tom.

Jag vet, jag vet — det låter som inledningen på ett dåligt skämt. Men häng med. Forskare har publicerat resultat i Nature som ger oss det hittills starkaste beviset för att det vi kallar "vakuum" har faktiska egenskaper. Det är inte bara en passiv bakgrund där saker händer. Det är mer som... en substans som kan trycka tillbaka, sakta ner grejer, och göra alla möjliga kvantmekaniska konststycken som vi bara börjar förstå oss på.

Vad är grejen med "tom" rymd?

Grejen är den här: kvantfysik är galet. Och jag menar galet. En av de konstigaste idéerna från det här fältet är att det vi uppfattar som ingenting — vakuumet — egentligen kryllar av aktivitet på de minsta skalorna.

Tänk dig det så här: du står i en folkmassa, men du kan inte se människorna. Allt du ser är tomt utrymme. Men om du lyssnar noga så inser du att det egentligen är tusentals människor som ständigt rusar in och ut ur det utrymmet, så snabbt att du aldrig hinner få syn på en enda person.

Något liknande händer i kvantvärlden. Vakuumet är fyllt av "virtuella" partiklar — specifikt elektron-positronpar — som poppar fram till existens och förintar varandra nästan omedelbart. De är där, men de är inte där. Det är tillräckligt för att göra en yr i huvudet.

Den stora idén från för 90 år sedan

Här blir det riktigt intressant. Redan på 1930-talet föreslog fysikern Werner Heisenberg (ja, den Heisenberg) något som verkade nästan för konstigt för att vara sant: att dessa spökliknande virtuella partiklar borde påverka hur ljus färdas genom rymden, särskilt när ljus passerar genom ett väldigt starkt magnetfält.

Hans resonemang var detta: ljus har olika polarisationer (tänk dig att det vibrerar i olika riktningar). Normalt färdas dessa olika polarisationer i samma hastighet genom ett vakuum. Men Heisenberg föreslog att i närvaron av ett otroligt kraftfullt magnetfält, borde något konstigt hända. De virtuella partiklarna borde "polariseras" som svar på fältet, och i praktiken skapa ett medium som saktar ner en polarisation mer än den andra. Den här effekten kallas vakuumbirefringens.

Problemet? Ingen hade någonsin sett detta hända. Det förblev en förutsägelse, som flöt runt i fysiktidskrifter i nästan ett sekel.

Aktörerna: magnetarer

Så hur bevisar man något som undvikit fysiker i 90 år? Man behöver två saker: ett omöjligt starkt magnetfält och väldigt känsliga instrument för att mäta vad som händer med ljuset som passerar genom det.

Och det visar sig att magnetarer existerar.

Om du inte känner till magnetarer, spänn fast dig. Det här är neutronstjärnor — de kollapsade kärnorna från massiva stjärnor som gått supernova — med magnetfält som får en att häpna. Låt mig sätta det i perspektiv: Jordens magnetfält är ungefär 1 gauss. En kylskåpsmagnet ligger runt 100 gauss. En magnetar? Prova runt en miljon miljarder gauss.

NASA har ett roligt sätt att illustrera detta: om en magnetar fanns ungefär 64 000 kilometer bort (ungefär en sjättedel av avståndet till månen), skulle den sudda ut all data på alla kreditkort på jorden. Det är den typen av kraft vi pratar om.

Och här är en rolig fakta: vi känner bara till omkring 31 magnetarer i hela det observerbara universum. Trettioen stycken. Det är i princip en för varje år sedan de först teoretiserades 1992.

Observationen

I den nya studien bestämde sig ett internationellt forskarlag för att rikta flera instrument mot en viss magnetar: 1E 1547.0−5408. Den här har några praktiska egenskaper — den avger en hel del röntgenstrålar och radiovågor, och dess rotation ger oss en bra synvinkel för att studera dess utsläpp.

Vad hittade de? Polarisationen hos ljuset som kom från den här magnetaren var mycket högre än vad vi skulle se från liknande objekt. Och den förblev konsekvent när stjärnan roterade. Den konsekvensen är nyckeln: det tyder på att något i magnetarens omedelbara omgivning (dess magnetosfär) formar hur ljuset färdas.

Varför spelar det här roll? För om vakuumbirefringens inträffar, skulle man förvänta sig att se exakt den här typen av polariserat ljus. Det starka magnetfältet ändrar hur olika ljuspolarisationer utbreder sig, och lämnar ett avtryck på strålningen vi kan detektera.

Forskarna är noga med att påpeka att det här inte är definitiva bevis — de säger att det "motiverar ytterligare observations- och teoretiska studier". Men det är det starkaste beviset vi hittills fått för ett fenomen som Heisenberg förutspådde för nästan 90 år sedan.

Varför det här betyder något (åtminstone för mig)

Jag ska vara ärlig: jag tycker det här är genuint ödmjukande. Vi går omkring i våra dagliga liv och tänker på "rymden" som den här passiva tomheten, den här tomma scenen där saker händer. Men på kvantnivå är ingenting någonsin verkligt tomt. Det händer alltid något. Det finns alltid en sorts rastlös energi, även på de platser vi tänker på som mest tomma.

Och det tycker jag är vackert. Det betyder att universum är mer sammankopplat än vi ofta antar. Ljus färdas inte bara genom ingenting och anländer till våra ögon — det interagerar med rymdens väv själv, med fasantliga partiklar som flimrar in och ut ur existens snabbare än vi kan mäta.

Att vi nu utvecklar instrument känsliga nog för att detektera dessa subtila effekter känns som en verklig milstolpe. Vi har gått från att förutsäga att virtuella partiklar borde påverka ljus till att faktiskt bevittna det, tack vare några av de mest extrema objekten i kosmos.

Så nästa gång du tittar upp mot natthimlen, kom ihåg: den vackra mörkern är inte tom. Den lever med möjligheter, med kvantviskningar, med ekon av partiklar som nästan var.

Hur coolt är inte det?

Sammanfattningen

Kommer det här att förändra ditt dagliga liv inom en snar framtid? Antagligen inte. Men det kanske får dig att tänka två gånger på ordet "ingenting". Inom fysiken har "ingenting" aldrig verkligen varit ingenting. Och tack vare magnetarer — de 31 mystiska kosmiska tyngstarna — får vi äntligen en glimt av det faktum.

Låt oss hoppas att de är redo för fler närbilder.