Физики впервые "сфотографировали" движение пустоты – СМИ
28.08.2026 17:09
Это открытие помогает лучше понять, что вакуум в квантовой физике вовсе не является абсолютной пустотой, а представляет собой динамичную среду с постоянными внутренними изменениями. Препринт исследования уже размещён на сервере arXiv, однако работа пока не прошла рецензирование, отмечает «Газета.ру».
С точки зрения квантовой механики, ни одно физическое поле не может оставаться полностью неподвижным. Принцип неопределённости не позволяет одновременно точно задать все параметры системы, поэтому даже в состоянии с минимально возможной энергией сохраняются малые, но непрерывные колебания. Именно такие флуктуации и называют вакуумными. Учёные давно предсказывали их существование, но непосредственное наблюдение долгое время оставалось крайне сложной задачей из-за их чрезвычайно малого масштаба.Новая работа особенно важна тем, что переводит эти теоретические представления в плоскость экспериментального подтверждения. Подобные измерения могут иметь значение не только для фундаментальной физики, но и для развития квантовых технологий, где влияние вакуумных флуктуаций часто становится заметным на уровне сверхточных приборов и чувствительных систем. Если результаты исследования подтвердятся в ходе рецензирования, это станет ещё одним доказательством того, насколько необычным и «живым» является окружающий нас квантовый мир.Команда Кембриджского университета под руководством Яньшэна Чжана смогла обойти это фундаментальное ограничение, использовав двумерный конденсат Бозе – Эйнштейна, созданный из атомов калия-39. Такой подход позволил исследователям перейти от прямого наблюдения невидимого квантового поля к его косвенному измерению через поведение атомов. По сути, ученые нашли способ превратить очень слабые квантовые эффекты в наблюдаемые изменения, которые можно зафиксировать экспериментально.Сначала физики «записали» квантовое поле в спиновые состояния атомов, то есть перенесли информацию о поле в внутренние характеристики частиц. После этого, сфотографировав сами атомы, они смогли восстановить локальные колебания поля. Иначе говоря, им удалось сделать то, что обычно остается скрытым от прямого наблюдения, — превратить невидимое в видимое.Чтобы уловить настолько слабый сигнал, исследователи резко изменяли силу связи между двумя состояниями атомов. Из-за этого заранее существовавшее квантовое «дрожание» усиливалось и переходило в измеримые колебания. Такой прием помог выделить именно квантовую составляющую сигнала на фоне других воздействий и сделал эксперимент значительно более чувствительным.Особенно важно, что флуктуации вакуума проявляли себя иначе, чем обычный тепловой шум. Ученые зафиксировали различия в характере колебаний на нескольких частотах, и это подтвердило, что наблюдаемый эффект связан именно с квантовыми вакуумными флуктуациями. Таким образом, эксперимент не только продемонстрировал новый способ изучения квантовых полей, но и открыл более точный путь к исследованию тончайших квантовых процессов.Переписанный текст:По словам авторов исследования, такой конденсат можно тонко настраивать так, чтобы он вел себя как сложное релятивистское квантовое поле. Это особенно важно, потому что подобные системы позволяют переносить абстрактные теоретические модели в реальные лабораторные условия. В результате у физиков появляется редкая возможность не только обсуждать такие процессы на уровне формул, но и наблюдать их напрямую в контролируемой среде.Такой подход открывает путь к моделированию явлений, которые в обычных условиях чрезвычайно трудно, а иногда и почти невозможно точно рассчитать. Среди них — распад ложного вакуума, рождение частиц из квантовых флуктуаций, а также формирование топологических дефектов, возникающих при переходах между различными состояниями материи. Подобные эффекты имеют большое значение для понимания фундаментальных законов природы и поведения квантовых полей.Ученые подчеркивают, что это создает новый инструмент для исследования квантовой теории поля. Если раньше подобные процессы можно было изучать главным образом с помощью математических моделей и численных расчетов, то теперь их удается воспроизводить в эксперименте и наблюдать в реальном времени. Благодаря этому можно проверять ключевые предсказания современной физики, включая гипотезы, связанные с ранними этапами эволюции Вселенной, когда подобные квантовые процессы могли играть решающую роль.Современная астрофизика все чаще опирается на сложные вычислительные методы, позволяющие заглянуть в самые глубокие слои истории космоса. В этом направлении международная команда исследователей создала одну из крупнейших цифровых моделей Вселенной, получившую название FLAMINGO. Этот проект стал важным шагом в развитии космологических исследований, поскольку объединяет наблюдательные данные, физические расчеты и мощные суперкомпьютерные ресурсы.Разработанная модель предназначена для того, чтобы ученые могли точнее интерпретировать огромные массивы информации, поступающие с современных телескопов и обсерваторий. Благодаря такому инструменту можно сравнивать реальные наблюдения с виртуальными сценариями развития космоса и выявлять закономерности, которые раньше было трудно заметить. Кроме того, система позволяет прослеживать, как Вселенная менялась на протяжении миллиардов лет — от ранних этапов формирования до современного состояния.По сути, FLAMINGO открывает новые возможности для изучения структуры материи, распределения галактик и влияния темной энергии и темной материи на эволюцию мироздания. Подобные модели особенно ценны в эпоху, когда астрономы получают все больше данных, а их обработка требует не только наблюдений, но и точного теоретического моделирования. Таким образом, новая разработка помогает приблизиться к более полному пониманию устройства Вселенной и ее долгосрочного развития.