От Майкельсона — Морли до Дирака: почему квантовый вакуум живой

Что такое ничто? От утверждения Аристотеля о том, что природа не терпит вакуума, до антиматерии Дирака, этот эпизод раскрывает, как квантовый вакуум формирует космос. В эпизоде «Всё и ничто» мы опустошаем коробку, раздавливаем соломинку и прослеживаем происхождение первых настоящих вакуумов от ртутной трубки Эванджелисты Торричелли до барометра Блеза Паскаля на вершине горы. Воздух имеет вес; атмосфера разрежается с высотой; пространство — это огромная, безмолвная пустота. Учёные XIX века заполняли эту пустоту светоносным эфиром — пока сверхточный интерферометр не проверил это на практике. В Кейсской школе прикладных наук в Кливленде Альберт Михельсон и Эдвард Морли вращали интерферометр с ртутью, ожидая эфирного ветра. Результат оказался нулевым: скорость света была одинаковой во всех направлениях. Эйнштейн показал, что свету не нужна среда. Тем временем вакуумные технологии обеспечили работу лампочек, электронных ламп, первых компьютеров и телевидения, а также открыли первозданные условия, в которых были обнаружены рентгеновские лучи (1895), электрон (1896) и атом Резерфорда (1909). Неопределенность Гейзенберга переосмыслила пустоту как беспокойную энергию в крошечных отрезках времени. Затем появился Пол Дирак из начальной школы Бишоп-Роуд в Бристоле: объединив квантовую механику со специальной теорией относительности, его уравнение предсказало существование антиматерии. Пары частица-античастица могут на мгновение появляться и аннигилировать, превращая вакуум в бурлящее море виртуальных частиц. Точная спектроскопия Уиллиса Лэмба показала, что эти флуктуации изменяют энергию электрона на ничтожно малую, предсказуемую величину, согласующуюся с квантовой теорией примерно с точностью до одной миллионной части. В Имперском колледже Лондона лазеры, исследующие атомы внутри вакуумной камеры, позволяют измерить это крошечное колебание. В космических масштабах «детское фото» микроволнового фона, полученное с помощью WMAP, показывает небольшие температурные ряби — окаменелые следы квантовых флуктуаций, растянувшиеся по расширяющейся Вселенной. Эти ряби дали начало галактикам и скоплениям. После встречи материи и антиматерии остался незначительный избыток материи, один на миллиард — обломки, которые стали звездами, планетами и людьми. От ртутного барометра до уравнения Дирака — это история о том, как ничто сформировало всё. #КвантовыйВакуум #УравнениеДирака #МихельсонМорли #Антиматерия #НеопределенностьГейзенберга #WMAP #Космология