Sekcja 4Bezwładność, grawitacja i próżnia

Zważ próżnię

Laboratorium narodowe dla pełnego eksperymentu; uniwersytet dla użytecznego wkładu. · 1 min czytania

Co proponuje

Teoria kwantowa wypełnia pustą przestrzeń energią. Ogólna teoria względności mówi, że energia ma ciężar. Postaw wnękę Casimira na wadze i zapytaj, czy niedobór energii próżni w jej wnętrzu jest wypychany ku górze, tym samym rozliczeniem księgowym co ciało wypierające wodę. Jeśli tak, złącze między rozdziałem tej strony o próżni a jej rozdziałem o grawitacji przestaje być sporem, a staje się odczytem laboratoryjnym.

Dla kogo jestInżynierowie mechaniki precyzyjnej · Inżynierowie metrologii niskoszumowej · Specjaliści od materiałów kriogenicznych · Sejsmolodzy

Dlaczego biblioteka to podpowiada

Przejdź raz przez ten rachunek, zanim przeczytasz opis eksperymentu.

Zanim czymkolwiek poruszysz — czego się spodziewasz?

To nieobowiązkowe i nie ma tu żadnej punktacji. Przyrząd poniżej działa tak samo, niezależnie od tego, czy odpowiesz.

Dwie płytki zbliżają się do siebie na sto nanometrów. Czego spodziewasz się po energii próżni w szczelinie?

Szczelina zostaje opróżniona — próżnia zostaje wypchnięta spomiędzy płytek.
Prawie wszystko zostaje w środku; nie mieszczą się tylko najdłuższe mody.
Energia spada poniżej zera — jest tam mniej niż nic.

Poniżej poziomu otoczenia, a nie poniżej niczego

Cztery kroki, a na ich końcu zdanie wychodzi poprawnie. Zacznij od otaczającej próżni. Zbliż dwie płytki, a najdłuższe mody przestaną mieścić się w szczelinie. To, co zostaje w środku, to to samo pole minus cienki wiór — nadal przytłaczająco dodatnia wielkość. Dopiero gdy przesuniesz zero skali do poziomu otoczenia, odczyt staje się ujemny, i tylko to słowo ujemny kiedykolwiek tutaj znaczyło.

Przejdź cztery kroki

Krok 1 / 4 — Próżnia otoczenia

Rozstaw płytekRozstaw płytek100

Wiór narysowano w powiększeniu 2000 razy, żeby w ogóle był widoczny.

Przyjrzyj się ostatniemu krokowi: zero skali przesuwa się w górę do linii otoczenia i nic więcej się nie rusza. Słupek ma tę samą wysokość co wcześniej, przytłaczająca większość pola wciąż jest w szczelinie, a zmieniło się tylko to, od czego mierzymy.Oś pionowa jest ułamkiem poziomu próżni otoczenia, a nie bezwzględną gęstością energii. Wykluczony ułamek to ograniczony model dydaktyczny, dobrany tak, by szczelina stunanometrowa dawała rząd wielkości przytoczony w rozdziale: drobny ułamek procenta wykluczony, a przytłaczająca reszta wciąż w środku.Nic tutaj nie porusza się samo. Diagram przesuwa się tylko wtedy, gdy naciśniesz przycisk kroku.

To jest otaczająca próżnia i to ona jest jednostką całego rysunku. Wszystko poniżej mierzy się względem tej linii.

Energia wewnątrz szczeliny, względem zera bezwzględnego: 99,990%
Ta sama energia, mierzona od poziomu otoczenia: -0,010%
Ułamek pola wciąż obecny w szczelinie: 99,990%
Wykluczony wiór: długie mody, które już się nie mieszczą: 0,010%

Słupek nigdy nie sięga zera. Przy każdym rozstawie na tym rysunku bezwzględna energia w szczelinie jest dodatnia, a ujemny odczyt pojawia się dopiero po przesunięciu zera skali.

Zakres: diagram rozliczeniowy dla etykiety, a nie obliczenie siły Casimira. Ustala sformułowanie, na którym opiera się rozdział, i nie stwierdza żadnej bezwzględnej gęstości energii.

Arkusz źródłowy: Davis i Puthoff, koncepcje doświadczalne wytwarzania energii ujemnej w laboratorium

To, co waga ma zważyć, to cienki skrawek długich fal, których zamknięta szczelina już nie mieści — a nie opróżniona objętość.

Enrico Calloni i siedemnastu współpracowników, wśród nich Carlo Rovelli, proponują przeprowadzanie wysokotemperaturowych płytek nadprzewodzących przez ich przejście, tak by odbijalność wnęki — a więc jej energia próżni — włączała się i wyłączała, i obserwowanie wagi w poszukiwaniu siły rzędu dziesięć do minus szesnastej niutona (The Archimedes experiment, 2015). Prototyp jest zbudowany: półmetrowe aluminiowe ramię odczytywane interferometrem Michelsona, pracujące w pętli zamkniętej w sejsmicznie cichej kopalni Sos Enattos na Sardynii, osiągające szum momentu obrotowego rzędu siedem razy dziesięć do minus trzynastej niutonometra na pierwiastek z herca — własny termiczny limit jego zawieszenia, dokładnie ten poziom, wokół którego zaprojektowano ostateczną wagę kriogeniczną (Thermal noise-limited beam balance as prototype of the Archimedes vacuum weight experiment, 2024). Stawkę teoretyczną przedstawia Ulf Leonhardt, który argumentuje, że wykonanie tej samej renormalizacji, jaką kosmologia pomija — tej, którą fizyka Casimira w laboratorium wykonuje rutynowo — zostawia stałą kosmologiczną o właściwej wielkości, i że rozszerzający się wszechświat gra rolę, jaką ruchome zwierciadło gra w dynamicznym efekcie Casimira (Casimir cosmology, 2022).

Eksperyment albo budowa

Pełna waga to duża współpraca w głębokiej kopalni. Ale problemy umożliwiające ją są rozdzielne, i każdy z nich to osobna praca dyplomowa: stos próbek nadprzewodzących, napęd cyklu przejścia, budżet szumu termicznego zawieszenia, izolacja sejsmiczna. Pomiarem rozstrzygającym jest siła w niutonach na wadze, gdy próbka jest przeprowadzana przez swoje przejście nadprzewodzące, wobec nienadprzewodzącej atrapy o identycznej masie i geometrii przeprowadzanej przez ten sam zakres temperatur. Ta kontrola jest całym eksperymentem: atrapa oddziela zmianę energii próżni od zmiany temperatury.

Kontekst badań

W dokumentacji: finansowana współpraca, prototyp, który osiągnął swój projektowy poziom szumu, i nazwana kolejna maszyna.

Podejmij tę kartę

Pomiar, który rozstrzyga: Pomiarem rozstrzygającym jest siła w niutonach na wadze, gdy próbka jest przeprowadzana przez swoje przejście nadprzewodzące, wobec nienadprzewodzącej atrapy o identycznej masie i geometrii przeprowadzanej przez ten sam zakres temperatur.
Ile kosztuje start: Laboratorium narodowe dla pełnego eksperymentu; uniwersytet dla użytecznego wkładu.
Inżynier, którego kształtuje: To też najbardziej bezpośrednia odpowiedź, jaką ta dziedzina może dać na pytanie, do zadania którego ma prawo sceptyczny czytelnik: czy którekolwiek z tego w ogóle coś waży.

Na czym się opiera