Astrofysiker Ethan Siegel forklarer hvordan “70 år gammel kvanteprediksjon går i oppfyllelse, ettersom noe er skapt fra ingenting.”
Den som sa: “Du kan ikke få noe fra ingenting” må aldri ha lært kvantefysikk. Så lenge du har tom plass – det ultimate innen fysisk intethet – vil det å manipulere det på riktig måte uunngåelig føre til at noe dukker opp. Kollidere to partikler i avgrunnen av tomt rom, og noen ganger dukker det opp flere partikkel-antipartikkel-par. Ta en meson og prøv å rive kvarken vekk fra antikvarken, og et nytt sett med partikkel-antipartikkel-par vil bli trukket ut av det tomme rommet mellom dem. Og i teorien kan et sterkt nok elektromagnetisk felt rive partikler og antipartikler ut av selve vakuumet, selv uten noen innledende partikler eller antipartikler i det hele tatt.
Tidligere ble det antatt at de høyeste partikkelenergiene av alle ville være nødvendig for å produsere disse effektene: den typen som kun kan oppnås ved høyenergipartikkelfysiske eksperimenter eller i ekstreme astrofysiske miljøer. Men tidlig i 2022 ble sterke nok elektriske felt skapt i et enkelt laboratorieoppsett som utnyttet de unike egenskapene til grafen, noe som muliggjorde spontan dannelse av partikkel-antipartikkel-par fra ingenting i det hele tatt. Spådommen om at dette skulle være mulig er 70 år gammel: dateres tilbake til en av grunnleggerne av kvantefeltteorien, Julian Schwinger. Schwinger-effekten er nå verifisert, og lærer oss hvordan universet virkelig lager noe fra ingenting.
Resten kan du lese på Stor Tenk. I følge biografien hans er Siegel en “vitenskapsformidler, som bekjenner seg til fysikk og astronomi ved forskjellige høyskoler.” Han har blitt ganske dyktig til å blogge om fysikk fra «etableringsposisjonen». En del av appellen hans er å støtte opp om status quo, som i dagens verden betyr mainstream media, Natur redaksjoner og lignende. Og angående universets opprinnelse, er status quo-posisjonen «alt annet enn Gud». Så naturlig nok kommer Ethan til å tilby Lawrence Krauss gimmick med å selge «et univers fra ingenting».
Endringer i ordboken
For å presse dette, må han gjøre noen ganske store endringer i vår vanlige ordbokdefinisjon av hva “ingenting” betyr, akkurat som Krauss gjorde og ble latterliggjort for det. Det nye elementet er grafen. Angivelig er grafen så fantastisk at det lager partikler av elektriske felt. Men trenger jeg å påpeke at grafen er et ark med karbonatomer? Og “hullene” er faktisk forskyvninger av karbonatomer? Så vi lager bølger av karbonatomer og kaller dette “noe fra ingenting.” Egentlig?
Her er et eksempel på den tankegangen vi pleide å spøke med. Vitsen er: Fotoner finnes ikke. De er egentlig bare fraværet av mørkere. En lommelykt suger opp mørke, og det er derfor du tror den har en lysstråle som går ut. Tro meg ikke? Test den deretter ved å kutte opp et dødt batteri fra lommelykten. Jada nok, den er svart, akkurat som du ville forvente hvis den var full av mørkere. Derfor var den selvfølgelig død.
Den vitsen bruker samme type logikk som Ethan bruker.
Materie og energi
Hva med partikkelfysikk og mesoner og alt det der? Det er sant at E = mc2, slik at vi kan lage materie av energi, og omvendt, energi fra materie. Vi har gjort dette helt siden uranatomet ble splittet i 1939 av Otto Hahn og Lise Meitner, og bitene veide mindre enn uranatomet gjorde. For kreftene som holder uranatomet sammen er ganske sterke og derfor massive. Men vel å merke, feltene er massive, og det er rett og slett et fysikktriks å tilnærme disse kreftene og feltene med subatomære partikler. Det du gjør er å modifisere potensialer og kalle disse modifikasjonene “partikler.” Du lager ikke partikler; du manipulerer felt.
Ethan sier at vi kan sette disse kreftene i arbeid i et grafenark, mens det er mye vanskeligere å jobbe med urankjerner. Sant, men det er bare å si: “Hvis jeg får arket mitt til å ringe ved å slå det med en hammer, lager jeg fononer fra ingenting.” Det er ikke ingenting, det er et ark med grafen. Hvis du vil kalle bølger av atomer som beveger seg “partikler”, så er det du egentlig gjør å lage en pressemelding ut av ingenting.
Casimir-styrken
Og nå en kommentar om Casimir-styrken påberopt av Ethan, og ofte tatt som bevis på eksistensen av virtuelle vakuumpartikler. Når du holder to ledere tett inntil hverandre, tiltrekker de seg med en 1/R4 attraksjon som Hendrik Casimir tilskrev “virtuelle partikler” som dukket opp fra vakuumet mellom platene.
Først av alt, virtuelle partikler er bare et matematisk triks for å avkorte en uendelig sum som beskriver feltet. Så de er virtuelle på mer enn én måte. For det andre er det en helt gyldig måte å beskrive denne attraksjonen på uten å påkalle virtuelle partikler: tilfeldig bevegelse av elektroner i en plate setter opp transiente dipolfelt som induserer forbigående dipolfelt i den andre platen, så attraksjonen er en dipol-dipol-interaksjon vedlikeholdt av termisk ustabiliteter.
Jeg hadde en kollega som eide en bedrift som etset silisium til optiske miniatyrkomponenter. En oppfinner kom til ham med et design for å bruke Casimir-styrken til å utføre arbeid. De konstruerte en etset silisium evigbevegelsesmaskin basert på denne kraften. Gjett hva? Det gikk ikke.
En annen teoretisk fysiker så også etter virtuelle partikler som påvirker stjernelys. Stjerner (og solen vår) sender ut korrelert lys, men kiloparsekunder av tomt rom bør produsere nok virtuelle vakuumpartikler til å kollidere og dekohere det. Så han så etter dekoherens. Nei, ikke der heller. Så nei, jeg tror at det å påkalle Casimir-effekten er et bevis på at Ethan ikke forstår termodynamikk og har for stor tillit til eksistensen av “virtuelle partikler.”