Tajuplná prázdnota

Je to okolo nás, ale nemôžeme to cítiť. Kedysi to možno spôsobilo Veľký tresk, v ktorom sa zrodil vesmír, dnes však iba osvetľuje našu kanceláriu. Je to zdroj všetkého a nie je to nič.

To sú paradoxné charakteristiky najproblematickejšieho predmetu dnešnej fyziky - vzduchoprázdna. Je to ríša divov plná čarovných efektov: silových polí vynárajúcich sa odnikadiaľ, častíc kmitajúcich medzi bytím a nebytím a energetického chvenia bez zjavného zdroja.

Mnohí vedci považujú vzduchoprázdno za ústredný predmet fyziky 21.storočia. „Vieme, že vákuum môže vyvolať rozmanité čarovné efekty v obrovskom rozpätí, od mikroskopických až po kozmické,“tvrdí Peter Milonni z Národného laboratória v Los Alamos v Novom Mexiku. Niektorí vedci dokonca koketujú s perspektívou využitia bizarných vlastností vzduchoprázdna na zabezpečenie údajne neobmedzených zdrojov energie.

Zázračné vlastnosti vzduchoprázdna vychádzajú z kombinácie kvantovej teórie a teórie relativity. Ako už pred takmer sedemdesiatimi rokmi dokázal Werner Heisenberg, mechanika subatomového sveta znamená, že akémukoľvek meraniu fyzikálnych vlastností, ako je energia, je vlastná neurčitosť. Táto neurčitosť sa sama prejavuje v náhodnom, bezdôvodnom kolísaní energie. Čím väčšie sú výkyvy, tým kratšie je ich trvanie.

Vďaka Einsteinovej preslávenej rovnici E=mc2 Heisenbergov princíp neurčitosti rovnako znamená, že častice môžu vznikať a zanikať a čas ich trvania je daný iba ich hmotou. To vedie k zisteniu, že všade okolo nás častice neustále vznikajú a potom zase zanikajú.

„Prázdny priestor “ teda vôbec nie je prázdny. Je to vibrujúce more aktivity. Takýto obraz pripomína éter – zdiskreditovanú myšlienku, v ktorú fyzici verili až do počiatku 20. storočia. Einsteinova špeciálna teória relativity však ukázala, že fyzika funguje perfektne aj bez tohto zvláštneho všadeprítomného fluida. To neznamená, že by univerzálne fluidum nemohlo existovať, znamená to však, že sa musí podrobiť diktátu špeciálnej teórie relativity. Vákuum nemusí byť iba kvantom kolísania okolo priemerného stavu rýdzej ničoty. Môže to byť stály nenulový zdroj energie vo vesmíre.

Má to kozmické dôsledky. Teória špeciálnej relativity vyžaduje, aby sa vlastnosti vákua javili rovnaké všetkým pozorovateľom bez ohľadu na ich rýchlosť. Ak je to pravda, potom sa tlak v „mori“vzduchoprázdna musí presne krátiť s hustotou jeho energie. Jedna z kľúčových zásad Einsteinovej obecnej teórie relativity hovorí, že hmota nie je jediným zdrojom príťažlivosti. Najmä tlak, kladný i záporný, môže vyvolať gravitačné efekty. Ak má vzduchoprázdno stálu (kladnú) hustotou energie, musí to byť vyvážené negatívnym napätím. Táto vlastnosť vákua je jadrom azda najzávažnejšej novej kozmologickej teórie uplynulého desaťročia: rozpínania vesmíru. Myšlienka rozpínania vychádza z predpokladu, že mladý vesmír bol naplnený nestabilnou energiou vzduchoprázdna. Potom energia vákua zoslabla a zanechala po sebe neusporiadané prúdenie, ktorého energia sa zmenila na teplo. Keďže energia a hmota sú vzájomne premenné, výsledkom bol vznik hmoty, ktorému dnes hovoríme Veľký tresk.

Väčšina kozmológov by radšej videla, keby vákuum zmizlo hneď po tom, čo vesmír nafúklo. Niektorí vedci prichádzajú s tvrdením, že v obecnej teórii relativity zrejme skutočne čosi chýba. Vlani dva americké vedecké tímy oznámili nálezy, ktoré určujú vek vesmíru asi na osem miliárd rokov. To bolo ohromujúce, pretože je to dôkaz, že vek niektorých hviezd v našej galaxii je asi dvojnásobný.

Kým sa kozmológovia sporia o gravitačnej odchýlke svetla, fyzici dúfajú, že vákuum by mohlo zodpovedať pozemskejšie otázky. Najväčšia pozornosť sa sústreďuje na zotrvačnosť – vlastnosť hmoty, ktorá spôsobuje, že ťažké predmety možno iba ťažko uviesť do pohybu, ale len čo sa začnú pohybovať, dajú sa ťažko zastaviť. Odkiaľ sa však zotrvačnosť berie?

Einstein usudzoval, že je indukovaná do telies, kedykoľvek sa zrýchľuje ich pohyb vzhľadom na zvyšok vesmíru. Nikdy však nezistil, ako táto interakcia funguje. Vedci Bernhard Haisch a Alfons Rued prišli s ďalšou teóriou verzie Newtonovho druhého zákona. Vyplýva z nej, že kolísavé prúdy vo vzduchoprázdne vyvolávajú magnetické pole, v ktorom sa pohybujú všetky predmety. Kým predmet zrýchľuje svoj pohyb, pôsobia na jeho častice sily magnetického poľa, ktorého odpor sa prejavuje ako zotrvačnosť. Čím je teleso väčšie, tým väčší počet častíc obsahuje, a tým väčší je jeho odpor voči zrýchleniu.

Aké je praktické využitie vzduchoprázdna? Už v roku 1948 vyhlásil Hedrick Casimir z Philipsovej univerzity v Eindhovene, že ak umiestnime dve perfektne vodivé dosky tesne vedľa seba, vznikne medzi nimi sila, ktorá ich priblíži. Zatiaľ však nikto presne netuší, ako Casimirovu myšlienku uviesť do použiteľného stavu. Iba definovali, že dosky stlačené Casimirovým efektom vytvárajú kinetickú energiu, ktorá sa v okamihu zrážky dosiek zmení v teplo. Toto teplo by sa mohlo využiť na

vákuový „stroj“, v ktorom by sa zrážalo veľké množstvo dosiek. Z ich kalkulácií prekvapujúco vyplýva, že takýto stroj by mohol skutočne získavať energiu z bezodného zdroja vzduchoprázdna.

Vzduchoprázdnu hrozí, že sa stane odpoveďou na čokoľvek. Filozofovia mali pravdu: príroda sa vzduchoprázdna desí. Vedci tohto storočia si ho možno obľúbia.

(mb)