En av de märkligaste aspekterna av kvantmekaniken ses vid en magnetar

 

Bild https://www.swinburne.edu.au

Astronomer kan nyligen ha bekräftat en av de mest udda aspekterna av kvantmekaniken: att ett till synes tomt rum kan förändra ljusets beteende. Bild tillhandahållen via NASA.

Fenomenet kallas 'vakuumdubbelbrytning', och förutspåddes för nästan 90 år sedan av Werner Heisenberg en av kvantmekanikens grundare. Han föreslog även att ett perfekt vakuum borde vara fullt av 'virtuella partiklar' som snabbt dyker upp och försvinner igen.

Astronomer, bland annat Dr Marcus Lower vid Swinburne University of Technology i Australien använde egenskaperna hos en magnetar en sällsynt typ av neutronstjärna med universums starkaste magnetfält till att studera nedkylda kvantbitar. 

Citerat från wikipedia "En magnetar är en neutronstjärna med ett onormalt starkt magnetfält, cirka 1000 gånger starkare än hos en vanlig neutronstjärna. En neutronstjärna är ett av flera möjliga slut för en stjärna. När en stjärna i slutet av sitt liv stöter bort sina yttre lager inträffar en gravitationskollaps då stjärnans kvarvarande inre delar imploderar. Om stjärnan är så stor att den kvarvarande massan motsvarar 1,4–3 solmassor övergår den till en supernova. Återstoden blir en neutronstjärna som består av tätt packade neutroner och övrigt material bestående av utspridda rester från supernovan".

Deras observationer avslöjade vad som kan vara den första upptäckten av vakuumdubbelbrytning i en magnetars ultrastarka magnetfält och kan öppna nya vägar för att utforska kvantuniversum. I närvaro av ett extremt kraftfullt magnetfält förväntas ett hav av Heisenbergs virtuella partiklar bryta ljus på specifika sätt och skapa vakuumdubbelbrytning. Endast magnetaren har magnetfält som är tillräckligt starkt för att göra denna kvanteffekt synlig.

Dr Lower var en  av medlemmarna i de internationella teamet som observerade en magnetar med namnet  1E 1547.0–5408 med hjälp av NASAs Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), med stöd av NICER-röntgenteleskopet på den internationella rymdstationen och Murriyang, CSIRO:s Parkes-radioteleskop, som ägs och drivs av Australiens nationella vetenskapsmyndighet.

Dr Lowers observationer med Murriyang och efterföljande analys med Swinburnes Ngarrgu Tindebeek-superdator kan vara den första direkta upptäckten av denna tidigare teoretiska kvanteffekt.

Dr Lower beskriver att trots förutsägelsen redan på 1930-talet av fenomenet har en konkret upptäckt av vakuumdubbelbrytning hittills varit svår att bevisa. Genom att noggrant följa riktningen radiovågorna  magnetaren sände ut (deras 'polarisationstillstånd') när den roterade fann teamet att det magnetiska och rotationsaxlar för 1E 1547 är nästan i linje och ses nästan pol-på. Denna kombination av magnetisk och betraktande geometri gör 1E 1547 idealisk för att leta efter vakuumdubbelbrytning.

Teamet identifierade sedan två tydliga tecken på att vakuumdubbelbrytning verkar runt magnetaren; de fann att de röntgenstrålar producerades av magnetaren och fångades upp av IXPE hade extremt höga polarisationsnivåer och att polarisationsriktningen var låst till 1E1547:s magnetfält på samma sätt som radiovågorna.

"På grund av magnetfältets styrka blir Heisenbergs virtuella partiklar i linje med den riktning fältet visar," beskriver Dr Lower.

"Genom att noggrant följa riktningen på radiovågor och röntgenstrålar när magnetaren roterar fann teamet att justeringen av 1E1547:s magnetiska och rotationspoler var idealisk för att upptäcka vakuumdubbelbrytning."

Om det bekräftas banar denna upptäckta väg förståelse av hur våra teorier inom kvantfysik fungerar i en av de mest extrema miljöerna i universum.

Dr Lower påtalar att denna betydande upptäckt snart kan bekräftas med ytterligare data och förbättrade datorsimuleringar för att bättre särskilja vakuum-dubbelbrytningssignalen från andra processer som sker runt magnetarer.

"Med dessa framtida data till hands och våra uppdaterade simuleringar kan vi äntligen slutföra det uppdrag som Heisenberg påbörjade för nästan 90 år sedan."

En artikel som beskriver studien med titeln "Vacuum birefringence and the polarized X-ray emission of a radio magnetar" har publicerats i Nature

Kvantfysiken är svår att hålla sig informerad om då det händer nya och oväntade upptäckter hela tiden så man får tänka om. Men den är otroligt fascinerande och intressant.

NY teori som omtolkar kvantmekaniken vid BigBang

 

Bild wikipedia Ett exempel på kvantmekanik. Casimirexperimentet påvisade att negativ energi kan existera i samband med virtuella partiklar och till och med förflytta två metallplattor nära varandra.

Dr. Niayesh Afshordi, professor i fysik och astronomi vid University of Waterloo och Perimeter Institute (PI) var ledare för forskargruppen som utarbetade en ny metod till att kombinera gravitation med kvantfysik. Reglerna som styr hur de minsta partiklarna i universum beter sig. Även om allmänna relativitetsteorin  har varit framgångsrik i mer än ett sekel bryter den ihop vid de extrema förhållanden som rådde då universum kom till enligt nuvarande teori om Big Bang. För att lösa detta problem använde teamet kvadratisk kvantgravitation vilken förblir matematiskt konsekvent även vid extremt höga energier liknande energin som fanns under Big Bang.

De flesta befintliga förklaringar till Big Bang bygger på Einsteins gravitationsteori, plus ytterligare komponenter som lagts till efter hand. Ovan nya tillvägagångssätt erbjuder en mer enhetlig bild som kopplar universums tidigaste ögonblick till den välbeprövade kosmologi som forskare observerar idag.

Forskarteamet fann att Big Bangs snabba tidiga expansion kan uppstå naturligt från denna enkla, konsekventa teori om kvantgravitation, utan att lägga till några extra ingredienser. Denna tidiga expansionsexplosion, oftast kallad inflation, är en central idé i modern kosmologi eftersom den förklarar varför universum ser ut som det gör idag.

Deras nya modell förutspår också ett minimum av de första små gravitationsvågorna. De små krusningar i rumtidens geometri som skapades i de första ögonblicken efter Big Bang. Dessa signaler söks och hoppas upptäckas i kommande experiment vilket ger en sällsynt möjlighet att testa idéer om universums kvantursprung.

"Vårt arbete visar att universums explosiva tidiga tillväxt kunde skett direkt från en djupare gravitationsteori," beskriver  Afshordi. "Istället för att lägga till nya delar till Einsteins teori fann vi att den snabba expansionen uppstår naturligt när gravitationen behandlas på ett sätt som förblir konsekvent vid extremt höga energier."

Forskarna blev förvånade över hur testbar deras teori visade sig vara.

"Även om denna modell hanterar otroligt höga energier, leder den till tydliga förutsägelser som dagens experiment kan leta efter," beskriver Afshordi. "Den direkta kopplingen mellan kvantgravitation och insamlad data är sällsynt och spännande."

Tidpunkten för detta arbete är betydelsefull. Kosmologin går in i en ny era av precision, där nya instrument kan mäta universum med en aldrig tidigare möjlig noggrannhet. Kommande galaxundersökningar, experiment med kosmisk bakgrund och gravitationsvågsdetektorer blir nu tillräckligt känsliga för att testa idéer som tidigare var rent teoretiska men omöjliga att bevisa eller bekräfta. Samtidigt hittar forskare begränsningar i de enklaste modellerna för tidig universumexpansion vilket ökar behovet av nya angreppssätt grundade i grundläggande fysik.

Mystiska objekt därute kan förändra vår syn på fysik.

 

Det kan finnas svarta hålliknande objekt därute vilka om de hittas skulle tvinga fram en ny fysik för att kunna förklaras. I en ny studie beräknas att gravitationsvågobservatorier under de kommande åren kan hitta dessa hypotetiska objekt kända som exotiska kompakta föremål.

Termen "exotiskt kompakt objekt" omfattar en mängd olika teoretiska objekt. Bland möjligheterna finns objekt som verkar ganska lika ett vanligt svart hål men som består av  mörk energi, en mystisk energi som antas orsaka universums accelererade expansion. Ett annat kompakt objekt som skulle kunna lura ute i universum är en strängboll som kan ses som en svart hålliknande knut av grundläggande endimensionella strängar. Detta föreslås i strängteorin. Strängteorin försöker förena och ersätta de nuvarande accepterade teorierna inom fysiken (jag är en av förespråkarna för denna min anm.).

Det som förbinder exotiska kompakta föremål är att de till skillnad från ett svart hål bör sakna den region som kallas händelsehorisonten säger Longo som är  doktorand i fysik vid Universidade Federal do ABC i São Paulo, Brasilien, till Live Science (vars artikel jag hänvisar till i detta inlägg (min anm).

Enligt Albert Einsteins relativitetsteori är händelsehorisontenen en sfär som omger ett svart hål bortom vilket varje kontakt blir enkel resa. (i

Föremål kan glida in i händelsehorisonten men inget kan komma ut ur den – inte ens ljus. Men forskare vet numera att Einsteins relativitetsteori en dag måste bytas ut. Även om teorin är och har varit utomordentligt framgångsrik när det gäller att beskriva gravitation och massiva kosmiska enheter, säger den ingenting om beteendet hos subatomära partiklar. För detta vänder sig fysiker till kvantmekanik.

Förhoppningen är att så småningom få en teori om kvantgravitation som ersätter både relativitetsteorin.  Exotiska kompakta föremål, som skulle vara som ett svart hål men saknar en händelsehorisont kan hjälpa till att ge nödvändig information för att börja konstruera denna framtida teori. Med andra ord nästa paradigm (min anm). 

"Det kommer att bryta med den allmänna relativitetsteorin eftersom denna fysik inte kan  förklara dess viktigaste förutsägelser", sade Longo och hänvisade till händelsehorisonten. "I den meningen skulle vi testa Einsteins gravitationsteori." Longo och hans kollegor har beräknat att under gravitationsvågdetektorernas nästa observationskörning, som börjar sommaren 2022, kan LIGO och dess motsvariga instrument vara känsliga nog för att plocka upp signalen från ett eller flera exotiska kompakta föremål. Bevis på dess existens finns ännu inte (min anm).

Cardoso hoppas upptäcka att dessa  exotiska kompakta föremål visade sig vara mer än spekulationer. "Vi hatar att inte se vad vi förväntar oss", säger Cardoso fysiker vid Instituto Superior Técnico i Lissabon, Portugal, som inte var involverad i arbetet, till Live Science.

Men även om LIGO upptäckter ekon skulle det fortfarande ta lång tid innan forskarsamhället bekräftade att det verkligen bevisade existensen av dessa hypotetiska udda bollar säger Cardoso.

Longo hoppas observatorierna lyckades avslöja några bevis för exotiska kompakta föremål. "Det skulle vara den första antydan till nedbrytningen av den allmänna relativiteten", sade han. " Det skulle vara ett enormt genombrott och extremt spännande."

Jag (min anm,) tvekar till dessa objekts existens. Strängteorin kan säkert förklara detta fenomen utan att ta hjälp av mörka krafter (mörk  energi). Jag anser att  fenomenet inte finns lika lite som jag tror på mörk energi eller mörk materia.

Bild från  https://www.zmescience.com/

”en fundering över universum”.

Vid resa bakåt i tiden stöter vi kanske på problem.

Vad skulle hända dig om du åkte tillbaka i tiden och dödade din egen farfar? Skulle du försvinna i tomma intet då och framtiden förändras? Men om så vem dödade då din farfar?


En modell med fotoner avslöjar att kvantmekaniken kan lösa dilemmat — och även kvantkryptering.


 Tidsresor är enligt teorin i dag möjliga både framåt och bakåt enligt relativitetsteorin där svarta hål används för ändamålet.


I denna teori beskrivs gravitation som en skevhet i rumtiden av energi och materia. Ett extremt kraftfullt gravitationsfält som produceras av ett snurrande svart hål kan i princip göra att rumtiden böjer sig tillbaka in i sig själv. Detta skulle skapa en ”sluten tidskurva”, eller en loop som kan passeras för att resa båkåt i tiden.


Då det gäller paradoxen att resa tillbaks i tiden och döda sin farfar”farfar paradoxen”, ett hypotetiskt scenario där någon använder en CTC en sluten tidskurva enligt ovan för att resa tillbaka i tiden att mörda sin egen farfar och därmed förhindra sin egen senare födelse. Men det behöver för den skull inte innebära att denne försvinner i ingenting och aldrig har existerat.


Vid korsningen av en CTC i syfte att döda sin förfader går  en grundläggande partikel tillbaka i tiden för att vända om till en partikel av annat slag än en människa. Om partikeln gör detta vänder denna tillbaks igenom CTC och inget har hänt.


I det här fallet finns det ingen förhand deterministiska säkerhet till var partikeln hamnande endast en fördelning av sannolikheter. Att partikeln i detta fall människans kommer in ena änden av en CTC och måste dyka upp i andra änden med identiska egenskaper är ingen garanti. Därför är en partikel som avges genom det svarta hålet med en sannolikhet av hälften skulle ange CTC och kom ut i andra änden att vända växeln med en sannolikhet på en halv vilket ger flera möjligheter av ett förlopp enligt en teori och då skulle mordet enbart ha 50 % sannolikhet att lyckas. Men om det lyckas var sker det då och var och hur har det påverkat framtiden och vilken framtid?

Resonemanget är helt i linje med de kända lagarna av kvantmekanik.


För mer om detta resonemang följ länken


Nog är verkligheten annorlunda än den vi en gång lärde oss i skolan.