Физики впервые "сфотографировали" движение пустоты – СМИ
28.08.2026 17:09
Это открытие может помочь лучше понять фундаментальные свойства материи и самого пространства-времени. Препринт исследования уже размещен на сервере arXiv, однако работа пока не прошла рецензирование, сообщает «Газета.ру».
В рамках квантовой механики любое поле не может пребывать в полном покое. Даже в состоянии с минимально возможной энергией, которое называют основным или вакуумным, сохраняются микроскопические колебания. Они возникают из-за принципа неопределенности и отражают то, что в квантовом мире невозможно полностью «обнулить» все параметры системы одновременно.Ученые давно предполагали существование таких флуктуаций и не раз подтверждали их косвенно, но прямое наблюдение оставалось крайне сложной задачей. Для этого требовались особо чувствительные методы измерения и условия, при которых даже самые слабые сигналы можно было отличить от шумов и помех.Теперь же исследователям удалось приблизиться к наблюдению этого явления непосредственно, что делает результат особенно важным для современной физики. Подобные данные могут оказаться полезными не только для проверки теоретических моделей, но и для развития технологий, связанных с квантовыми измерениями, сверхточной электроникой и изучением свойств вакуума.Переписанный текст:Исследование квантовых явлений остается одной из самых сложных задач современной физики, поскольку многие процессы в микромире невозможно наблюдать напрямую обычными методами. В таких случаях ученым приходится искать способы перевести скрытые состояния материи в форму, доступную для измерения. Именно такой подход использовала команда Кембриджского университета под руководством Яньшэна Чжана.Для решения этой задачи исследователи применили двумерный конденсат Бозе — Эйнштейна, созданный из атомов калия-39. В этом уникальном квантовом состоянии атомы ведут себя согласованно, что позволяет использовать их как своеобразный экран для отображения процессов, происходящих в квантовом поле. Ученые “записали” состояние поля в спиновые состояния атомов, а затем с помощью фотографирования самих атомов восстановили локальные колебания. Иными словами, они сделали невидимое видимым, преобразовав скрытую квантовую динамику в наблюдаемую картину.Чтобы уловить очень слабые сигналы, физики искусственно и резко изменяли силу связи между двумя состояниями атомов. Благодаря этому заранее существовавшие квантовые флуктуации, то есть микроскопическое “дрожание” вакуума, усиливались до уровней, которые уже можно было измерить. Такой метод позволил не просто зафиксировать колебания, а выделить именно те изменения, которые связаны с квантовой природой системы.Особенно важно, что полученный рисунок флуктуаций заметно отличался от обычного теплового шума. Это различие подтвердили измерения на нескольких частотах, что придало результатам дополнительную надежность. Таким образом, эксперимент показал, что вакуумные колебания можно не только обнаружить, но и детально изучить, если использовать специально подготовленную квантовую среду и точные методы считывания информации.Переписанный текст:Исследователи подчеркивают, что подобный конденсат можно тонко настраивать так, чтобы он имитировал поведение сложного релятивистского квантового поля. Благодаря этому в лабораторных условиях появляется возможность воспроизводить процессы, которые в обычной теории чрезвычайно трудно просчитать с высокой точностью. Особенно важно, что речь идет не просто о красивой аналогии, а о полноценной экспериментальной платформе для изучения фундаментальных законов природы.Кроме того, такой подход позволяет по-новому взглянуть на динамику квантовых систем и лучше понять, как возникают и развиваются нестабильные состояния. В частности, ученые рассчитывают исследовать такие явления, как распад ложного вакуума, появление частиц и формирование топологических дефектов, которые играют важную роль в современной физике высоких энергий и космологии. Эти процессы тесно связаны с тем, как могла вести себя материя в первые мгновения после Большого взрыва.По мнению авторов, это открывает новый инструмент для изучения квантовых полей. Если раньше подобные эффекты можно было в основном описывать только с помощью сложных математических моделей, то теперь их можно не только наблюдать, но и целенаправленно «проигрывать» в контролируемом эксперименте. Такой метод способен значительно расширить возможности проверки фундаментальных предсказаний физики и помочь в исследовании процессов, происходивших в ранней Вселенной.В последние годы астрофизика получила мощный импульс благодаря развитию вычислительных технологий и методов моделирования. Ранее международная группа ученых разработала одну из самых масштабных в истории цифровых моделей Вселенной. Она была создана в рамках проекта FLAMINGO и стала важным шагом в изучении процессов, которые формировали космос с момента его возникновения.Как уточнялось, эта модель предназначена для более точной интерпретации огромных массивов данных, поступающих с современных телескопов и обсерваторий. Благодаря таким инструментам исследователи могут сопоставлять теоретические расчеты с реальными наблюдениями, проверять гипотезы о поведении материи, темной энергии и галактик, а также лучше понимать, как менялась структура Вселенной со временем. Новый инструмент позволяет отслеживать эволюцию космоса на протяжении миллиардов лет, воссоздавая ключевые этапы его развития.Кроме того, подобные цифровые модели открывают ученым возможность изучать явления, которые невозможно наблюдать напрямую в реальном времени. В перспективе это поможет точнее объяснять происхождение крупных космических структур и делать более надежные прогнозы о дальнейшем развитии Вселенной.