Iedomājieties dažus objektus, kas ir tik mazi, ka tos gandrīz nevar saskatīt, bet tik ātri, ka tie varētu apgriezties ap Zemi septiņas reizes vienā sekundē. To masa palielinās, enerģija strauji pieaug un laiks, kā mēs to saprotam, šķiet sāk saliekties. Tas tikko notika laboratorijā Vīnes Kvantu zinātnes un tehnoloģiju institūtā, kur fizikas komanda ir panākusi nanodaļiņu paātrinājumu līdz 99 % no gaismas ātruma, kas ir sasniegums, kas robežojas ar visuma fiziskajām robežām. Runa nav par kosmosa kuģi, subatomāru daļiņu vai kaut ko tamlīdzīgu… bet par kaut ko vienkāršāku un vienlaikus neparastāku: silīcija mikroburbuliņu, tukšu sfēru, kas ir tūkstošiem reižu plānāka par cilvēka matu. Un, lai gan tās izmērs ir niecīgs, tās ātrums to padara par ātrāko objektu, kāds jebkad ir paātrināts ar cilvēka radītu ierīci.
Laboratorija, kas spēlējas ar visuma likumiem
Eksperiments, ko vadīja Dominiks Hornofs, tika publicēts žurnālā Nature, un tā norisei piemīt zināma zinātniskā poētika. Vakuuma kamerā pētnieki apturēja mikroburbuliņas, izmantojot optiskās knaibles – lāzera gaismas starus, kas spēj uztvert un noturēt sīkās daļiņas.
Pēc tam ļoti īss un intensīvs gaismas impulss trāpīja burbulī. Dažu sekunžu laikā sfēra izšāva ar milzīgu paātrinājumu, sasniedzot 0,99c (99 % no gaismas ātruma).
Saskaņā ar Einšteina speciālo relativitātes teoriju, kad objekts tuvinās šai kosmiskajai robežai, tā uzkrātā enerģija pārvēršas masā. Citiem vārdiem sakot: tas neiegūst vairāk atomu, bet kļūst “smagāks”, jo kustības enerģija materializējas.
Masa, kas reizinās ar ātrumu
Pie šāda ātruma tā saucamais Lorentza koeficients sasniedz vērtību 7. Tas nozīmē, ka mikroburbuliņš uzvedas tā, it kā tā masa būtu septiņas reizes lielāka nekā atpūtas stāvoklī. Ja tās sākotnējā masa būtu viens mikrograms, tad relatīvisma ceļā tā būtu septiņi mikrogrami.
Un šis ir brīdis, kad fizika vairs nešķiet cilvēcīga: jo ātrāk kustas objekts ar masu, jo grūtāk ir turpināt to paātrināt. Enerģija, kas nepieciešama, lai to virzītu, pieaug bez ierobežojumiem, radot „relatīvisma bremzi”, kas neļauj nevienam objektam ar masu sasniegt gaismas ātrumu.
Pārsteidzošais šajā eksperimentā ir ne tikai tas, ka ir apstiprināts viens no Einšteina elegantiem prognozēm, bet arī tas, ka tas ir izdarīts ar redzamu, taustāmu vielu, ko var manipulēt un novērot tieši laboratorijā.
Logu uz to, kas notiek pie melnajiem caurumiem
Sekas ir patiesi milzīgas. Šie ultraātrās mikroburbuliņas ļauj miniaturā atjaunot procesus, kas notiek tikai visekstrēmākajos kosmosa apstākļos: pie melnajiem caurumiem, supernovām vai kosmisko staru plūsmā, kas sasniedz Zemes atmosfēru.
Kad paātrinātās daļiņas saduras, fiziķi var pētīt, kā viela uzvedas apstākļos, kurus citādi nav iespējams atjaunot. Tas ir jauns instruments, ar kura palīdzību var izpētīt robežu starp klasisko un kvantu fiziku, starp redzamo un neredzamo.
Pāri rekordam: jaunas fizikas sākums
Hornof komanda jau gatavojas nākamajam solim: mēģināt sasniegt 99,9 % no gaismas ātruma, režīmu, kurā masa palielinātos vairāk nekā 22 reizes. Tādējādi viņi cer precīzi izmērīt, kā relativitāte veido pašu matērijas struktūru.
Ja viņiem izdosies, mēs varētu būt liecinieki jauna veida eksperimentālās tehnoloģijas radīšanai, ko varētu izmantot kosmosa transportā, modernā starojuma izpētē un pat īpaši izturīgu materiālu radīšanā, kas pakļauti vēl nekad nesasniegtiem enerģijas apstākļiem.
Kad teorija kļūst par pieredzi
Einšteins mēdza teikt, ka “iztēle ir svarīgāka par zināšanām”. Bet Vīnē iztēle ir kļuvusi par izmērāmu zināšanu: viela, kas paātrināta gandrīz līdz gaismas ātrumam, ir kļuvusi par taustāmu pierādījumu vienādojumiem, ko fiziķis uzrakstīja vairāk nekā pirms gadsimta.
Tas nav ceļojums laikā… bet patiesībā tam ir ļoti līdzīgs. Tas ir tiešs skatījums uz iespējamā robežām, kur fizika vairs nav zinātne un sāk pieskarties poētikas robežai.
