Впервые в истории ученые заметили, что крошечные колебания квантовой энергии способны физически влиять на объекты, сопоставимые по размеру с человеком. Это стало ясно, когда в результате такого квантового воздействия сбилась настройка большого зеркала внутри детектора гравитационных волн гравитационно-волновой обсерватории LIGO.
Что именно произошло?
Чтобы разобраться в произошедшем, нужно сделать несколько пояснений. Изначально обсерватория LIGO не связана с квантовой механикой. Она предназначена для обнаружения гравитационных волн, поступающих на Землю от источников, расположенных на расстоянии сотен миллионов световых лет.
Обсерватория состоит из двух одинаковых детекторов, расположенных на противоположных концах североамериканского континента. Один находится в Хэнфорде, штат Вашингтон, а другой в Ливингстоне, штат Луизиана. Каждый детектор представляет собой L-образный интерферометр, состоящий из двух четырехкилометровых туннелей. В конце туннелей располагается массивное зеркало весом 40 килограмм.
Для обнаружения гравитационной волны лазер посылает луч света в туннель с детектором. Луч отражается от зеркала на дальнем конце туннеля и возвращается в начальную точку. Если гравитационная волна отсутствует, лучи, посланные в разные тоннели, отразятся и вернутся одновременно. Если волна присутствует, она немного искажает ход эксперимента, влияя на физическое положение зеркал. В этом случае луч возвращается с небольшой задержкой.
Очевидно, что для измерения столь мизерного воздействия вся система должна быть идеально откалибрована. Именно эта настройка и сбилась из-за воздействия квантовых флуктуаций.
По оценкам ученых, квантовые флуктуации внутри интерферометра и квантовый шум, создаваемый фотонами в лазере, сдвинули зеркало весом 40 кг примерно на 10-19 метра.
Что это значит?
До сих пор ученым удавалось увидеть влияние квантовых флуктуаций только на нанообъекты в миллионы раз меньше любого предмета, который может разглядеть человеческий глаз. Это открытие является первым в истории науки зафиксированным фактом влияния квантовых флуктуаций на объект макромира.
“Этот эксперимент особенный, поскольку что мы впервые увидели влияние квантовых эффектов на что-то такое же большое, как человек. Нас тоже, каждую наносекунду нашего существования, пинают эти квантовые колебания”, - говорит в пресс-релизе Нергис Мавальвала, заместитель руководителя физического отдела MIT.
Какого-то практического применения, которое можно было бы использовать в массовых технологиях, у этого открытия пока нет. Но оно может быть крайне полезным для ученых, работающих в сфере квантовой механики. А от их успехов, в свою очередь, зависит появление квантовых технологий будущего, которые могут радикально изменить облик всего нашего мира.
Подробнее открытие описано в журнале Nature.
