S-a creat ceva din nimic?
Unele titluri susțineau că a fost ceva creat din nimic.[1] Ca de obicei, știința bună trebuie separată de interpretările nejustificate.
Adevărata știință
Știința bună? Mecanica cuantică — care este într-adevăr o știință operațională bună, așa cum am explicat.[2] O caracteristică a mecanicii cuantice este principiul incertitudinii al lui Heisenberg, numit după pionierul mecanicii cuantice Werner Heisenberg (1901–1976), câștigător al Premiului Nobel. Acest principiu afirmă că nu putem cunoaște atât energia, cât și timpul cu o precizie infinită, sau poziția și impulsul (vedeți mai jos). Deoarece masa și energia sunt legate prin celebra formulă a lui Einstein E = mc2, acest lucru se aplică și masei.
Deci, pentru cea mai mică fracțiune de secundă, pot să apară particule subatomice noi, apoi să dispară. Acestea se numesc perechi particule-antiparticule virtuale. Cu toate acestea, timpul de viață al particulelor este invers proporțional cu masa lor. Adică masele mai mari durează mai puțin timp. Particula și antiparticula se anihilează reciproc și repede. Deci durata de existență este scurtă pentru orice particulă mai mare decât particulele subatomice. Pentru ceva la fel de mare ca universul, uită-l!
Crearea particulelor virtuale este astfel o încălcare temporară a Legii conservării masei-energiei: adică cantitatea totală de masă/energie este constantă. Dar aceasta nu este o problemă, din cauza incertitudinii în măsurarea energiei pentru o anumită perioadă de timp infinitezimală. După această perioadă de timp, particulele dispar, restabilind masa-energia inițială, astfel încât Legea este în siguranță.
Particulele virtuale au fost demonstrate teoretic. Această parte este știință bună. Ceea ce nu reprezintă știință bună este afirmația că reprezintă ceva obținut din nimic. Crearea perechilor virtuale necesită un câmp cuantic – acesta este ceva, nu nimic. Mulți astronomi atei, inclusiv Lawrence Krauss și regretatul Stephen Hawking, fac această gafă filozofică de a numi ceva nimic.
Efectul Schwinger
În mod normal, existența particulelor virtuale este extrem de scurtă. Cu toate acestea, în 1951, fizicianul cuantic laureat al Premiului Nobel Julian Schwinger (1918–1994) a explicat teoretic cum ar putea persista perechea de particule virtuale. Un câmp electric extrem de puternic ar separa particula cu sarcină electrică opusă și antiparticula, oprind anihilarea lor. Astfel particulele ar persista.
Totuși, un câmp electric nu este „nimic”! De asemenea, energia particulelor este preluată din câmpul electric, respectând astfel Legea conservării energiei-masei.
Experiment de confirmare
Oamenii de știință au considerat că este prea dificil să dovedească predicția lui Schwinger, deoarece necesită câmpuri electrice mult peste ceea ce pot produce oamenii de știință. Mai degrabă, ar fi nevoie de un câmp electric precum cel produs de un magnetar („stea magnetică”), o stea neutronică cu un câmp magnetic de miliarde de tesla (câmpul magnetic în descreștere al Pământului este de 50 de milionimi de tesla). Alternativ, ei sperau să obțină temporar câmpurile electrice necesare prin ciocnirea particulelor de energie mai mare.
Cu toate acestea, cercetătorii de la Universitatea din Manchester au depășit această problemă și au confirmat efectul Schwinger.[3] Dar nu a fost o pereche particulă-antiparticulă în spațiu, ci analogul în stare solidă: o pereche electron-gol.[4] Un „gol” în un solid este o lipsă a unui electron în structura sa acolo unde ar exista în mod normal.[5] Într-un solid normal, sarcina electrică negativă a electronilor este echilibrată de sarcina pozitivă a nucleelor atomice. Deci locația golului are o sarcină netă pozitivă. Analogul în stare solidă necesită un câmp electric mult mai mic decât spațiul gol (și o tratare teoretică diferită).
„Conducția golurilor” înseamnă că acestea se deplasează prin rețea ca și cum ar fi particule încărcate pozitiv. Acest lucru este important pentru semiconductorii de tip p – „p” se referă la sarcina pozitivă a golurilor.
Experimentul a folosit grafen, care este compus din straturi de carbon cu o grosime cât un singur atom. Aceasta este în esență o substanță bidimensională, cu proprietăți electrice neobișnuite și capacitatea de a susține curenți foarte mari. Grafenul a fost aranjat într-o superlatice: straturi foarte subțiri de grafen și nitrură de bor dispuse alternativ.
Când a fost aplicat un câmp electric foarte puternic, acesta a produs un curent electric mai mare decât cel permis de mecanica cuantică normală a conducției electronilor. S-ar putea explica doar prin generarea suplimentară de particule încărcate: generarea de electroni. Aceste particule au persistat suficient de mult pentru a contribui la curentul electric măsurat.
Problema antimateriei
În cele din urmă, universul reprezintă în mare parte materie. Astfel de procese produc un număr egal de particule și antiparticule, așa că nu ar putea explica universul nostru. Această problemă veche pentru teoria big bang[6] nu este rezolvată de efectul Schwinger.
Concluzie
Articolul a concluzionat:
Cum electronii și pozitronii (sau „golurile”) sunt creați literalmente din nimic, fiind pur și simplu smulși din vidul cuantic de câmpurile electrice în sine, aceasta este încă o modalitate prin care Universul demonstrează ceea ce este aparent imposibil: într-adevăr putem face ceva din absolut nimic!1
După cum am explicat, nu se întâmplă nimic de acest fel. Dar cercetarea în sine reprezintă știință importantă și probabil are aplicații practice utile:
Cercetarea este, de asemenea, importantă pentru dezvoltarea viitoarelor dispozitive electronice bazate pe materiale cuantice bidimensionale și stabilește limite ale conexiunilor realizate din grafen, care era deja cunoscut pentru capacitatea sa remarcabilă de a susține curenți electrici ultra-înalți.3
Informații tehnice
Principiul incertitudinii al lui Heisenberg afirmă: ΔE Δt ≥ h/4π și Δx Δp ≥ h/4π, unde Δ = incertitudine, E = energie, t = timp, x = poziție, p = impuls și h = constanta lui Planck = 6,62607015×10-34 Js.
Mărimea extrem de mică a constantei lui Planck este motivul pentru care incertitudinea este relevantă numai pentru particulele subatomice. Pentru majoritatea sistemelor mai mari, mecanica cuantică se reduce la mecanica clasică. De exemplu. mecanica cuantică nu poate fi folosită pentru a depăși improbabilitatea combinării aminoacizilor sau nucleotidelor în secvențele precise necesare vieții. Cu siguranță, mecanica cuantică nu poate explica apariția universului din „nimic”.
Autor: Jonathan Sarfati
Sursa: Creation.com | Was something created from nothing?
[1] Siegel, E., 70-year-old quantum prediction comes true, as something is created from nothing, bigthink.com, 13 Sep 2022.
[2] Sarfati, J., Should creationists accept quantum mechanics? J. Creation 26(1):116–123, 2012.
[3] Cosmic physics mimicked on table-top as graphene enables Schwinger effect, manchester.ac.uk, 28 Ian 2022.
[4] Berdyugin, A.I. și alți 20, Out-of-equilibrium criticalities in graphene superlattices, Science 375(6579):430–433, 27 Jan 2022 | doi:10.1126/science.abi8627.
[5] Interesant este că laureatul Premiului Nobel Paul Dirac (1902–1984) a propus pentru prima dată existența unui anti-electron (pozitron) ca un gol într-o „mare” infinită de electroni cu energie negativă. Dirac a combinat relativitatea specială cu mecanica cuantică pentru a explica comportamentul electronilor. Cu toate acestea, ecuația sa a avut soluții atât pentru stările de energie pozitivă, cât și pentru cele negative. De ce nu observăm cazul din urmă? Dirac a propus că toate stările de energie negativă au fost umplute, deci era imposibil ca un electron cu energie pozitivă să ajungă în acea stare. Dar un foton cu energie suficient de mare ar putea transforma unul dintre acești electroni cu energie negativă în electroni cu energie pozitivă. Acel electron s-ar comporta ca un unul obișnuit, iar golul lăsat în urmă s-ar comporta ca un electron încărcat pozitiv. Dacă golul și electronul se întâlnesc, electronul ar umple golul (anihilare), eliberând energie. Cu toate acestea, golurile din solide acționează de obicei ca și cum ar fi mult mai masive decât electronii.
[6] Smorra, C. și alți 16, A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature 550(7676):371–374, 19 Oct 2017 | doi:10.1038/nature24048.
