Вчені встановили, що космічний вакуум має квантову природу

Світло, що випромінює надзвичайно щільна нейтронна зірка RX J1856.5-3754, що володіє сильним магнітним полем і розташована від нашої планети на відстані 400 світлових років, потрапив в об`єктив Very Large Telescope, що дало можливість ученим побачити дивний квантовий ефект, про існування якого теоретично стало відомо ще в 1930-х роках. Світло має незвичайну поляризацію, який може свідчити про те, що в космосі, в області нейтронної зірки утворюється квантовий ефект подвійного заломлення променя у вакуумі, що виникає, в свою чергу, під впливом магнітного поля нейтронної зірки.

Дана нейтронна зірка знаходиться найближче до нашої планети з усіх нейтронних зірок, але, незважаючи на це, у видимому діапазоні її тьмяне світло вчені зуміли зареєструвати лише за допомогою спеціального інструменту FORS2, що є частиною телескопа VLT, який встановлений в Чилі, в обсерваторії Паранал.

Необхідно відзначити, що нейтронні зірки є дуже щільними залишками ядер великих зірок, приблизно в десять масивніше Сонця, які свій життєвий цикл закінчили вибухом наднових. У нейтронних зірок є магнітне поле, яке в мільярди разів сильніше магнітного поля Сонця, і воно впливає на простір і час в тому районі, який прилягає до даної нейтронної зірки.

Прийнято вважати, що при наявності нормальних умов вакуум - це абсолютна порожнеча, через яку вільно проходить світло, не заломлюючись, що не спотворюючи і не відчуваючи інших зовнішніх впливів. У той же час, один з розділів квантової теорії - квантова електродинаміка - яка описує взаємодію фотонів світла і заряджених частинок, стверджує, що в вакуумі повно «віртуальних частинок», що виникають буквально нізвідки і в великих кількостях, що існують дуже короткий час і знову зникаючих. В цей процес можуть втручатися сильні магнітні поля, змінюючи властивості цих віртуальних частинок. При цьому час існування цих частинок також змінюється, таким чином вакуум може змінювати поляризацію світла, який через нього проходить.

Подібно до багатьох аспектів квантової теорії, до недавнього часу у вчених не було можливостей експериментально підтвердити факт існування ефекту подвійного променезаломлення в вакуумі. Після того, як вісім десятків років тому була опублікована стаття німецьких фізиків Вернера Гейзенберга і Ганса Генріха Юлера, вчені не могли навіть в лабораторних умовах відтворити цей ефект.

За словами вченого з італійського університету Падуї Роберто Туролья, даний ефект можна виявити виключно в космосі при наявності потужних магнітних полів, зокрема, магнітних полів нейтронних зірок. За своєю суттю, нейтронні зірки є унікальними космічними лабораторіями, за допомогою яких можна вивчати основні фізичні процеси і явища.

Вченими було виявлено світло з лінійною поляризацією в світлі від нейтронної зірки RX J1856.5-3754. Частка виявленого світла в загальному потоці становила близько 16 відсотків. Відповідно до припущень вчених, настільки значна кількість поляризованого світла, можна пояснити виключно впливом ефекту подвійного променезаломлення в умовах вакууму. Дослідники відзначають, що високий ступінь лінійної поляризації не можна пояснити за допомогою існуючих моделей, якщо в них буде відсутній ефект подвійного квантового променезаломлення в вакуумі.

Вчені планують за допомогою телескопів нового покоління провести додаткові виміри поляризації світла, завдяки чому вони сподіваються не тільки краще вивчити ефект подвійного заломлення променів у вакуумі в районі нейтронних зірок, але і знайти інші ефекти, які визначаються теорією про квантову природу вакууму і квантової теорії. Перший крок до наміченої мети - це, за словами дослідників, вимір поляризації фотонів рентгенівського діапазону і інших електромагнітних діапазонів.