Pametan matematički alat poznat kao virtualne čestice otključava čudne i tajanstvene unutarnje mehanizme subatomskih čestica. Ono što se događa s tim česticama unutar atoma ostalo bi neobjašnjeno bez ovog alata.

Izračuni koji koriste virtualne čestice predviđaju bizarno ponašanje subatomskih čestica s tolikom točnošću da neki znanstvenici misle da "one moraju stvarno postojati."

Virtualne čestice nisu stvarne - to piše i u njihovom imenu - ali ako želite razumjeti kako stvarne čestice međusobno djeluju ne možete ih zaobići. One su ključni alati za opisivanje triju sila u prirodi: elektromagnetizma te jake i slabe nuklearne sile.

Stvarne čestice su nakupine energije koje se mogu "vidjeti" ili detektirati odgovarajućim instrumentima; ta značajka ih opaženim, odnosno stvarnima.

ZASTRAŠUJUĆA PORUKA /

'Kum' umjetne inteligencije upozorava: AI bi vrlo brzo mogao ugroziti čovječanstvo

S druge strane, virtualne čestice su sofisticirani matematički alat i ne mogu se vidjeti. Fizičar Richard Feynman ih je izumio kako bi opisao međudjelovanje stvarnih čestica.

Ali mnogi fizičari nisu uvjereni u ovu jednostavnu podjelu.

Iako istraživači ne mogu detektirati ove virtualne čestice, kao računarski alat one predviđaju mnoge suptilne efekte koje su ultrasenzibilni eksperimenti potvrdili s nevjerojatnom preciznošću - s čak do 12 decimalnih mjesta.

Ta preciznost je kao da mjerite udaljenost između Sjevernog i Južnog pola točnije od širine jedne vlasi kose. Ovakav stupanj podudarnosti između mjerenja i izračuna čini virtualne čestice najtemeljitije provjerenom idejom u znanosti. To neke fizičare tjera na pitanje: Može li matematički alat postati stvaran?

NISMO SAMI? /

Otkrivena 'Super-Zemlja': 'Ima stjenovitu površinu, a mogla bi imati ocean i kopno'

Alat za vođenje bilješki

Virtualne čestice su alat koji fizičari koriste za izračunavanje kako sile djeluju u mikroskopskom, subatomskom svijetu. Te sile su stvarne jer ih se može mjeriti.

No, umjesto da pokušavaju izračunati sile izravno, fizičari koriste sustav bilježenja u kojem kratkotrajne virtualne čestice prenose silu. One ne samo da čine izračune upravljivima, već također rješavaju dugotrajni problem u fizici: Kako sila može djelovati kroz prazan prostor? 

Foto: Profimedia

Virtualne čestice iskorištavaju prirodnu neodređenost subatomskog svijeta, gdje - ako žive dovoljno kratko - mogu nakratko "posuditi" energiju iz praznog prostora. Nejasnoća u energetskoj ravnoteži prikriva ovu kratku neuravnoteženost, što omogućuje virtualnim česticama da utječu na stvarni svijet.

ZABRINJAVAJUĆE /

Znanstvenici upozoravaju: 'Imamo rastući trend korištenja peći na drva, a to je jako štetno'

Jedna velika prednost ovog alata je to što se matematičke operacije koje opisuju sile među česticama mogu vizualizirati kao dijagrami. Ti dijagrami često izgledaju kao crtani "ping-pong" čestica pomoću virtualnih čestica. 

Ti dijagrami, nazvani Feynmanovi, nude izvrsnu intuitivnu osnovu, ali također daju virtualnim česticama auru stvarnosti koja je varljiva. Nevjerojatno je da ova metoda izračuna, temeljena na virtualnim česticama, daje neke od najpreciznijih predviđanja u cijeloj znanosti.

Provjera stvarnosti

Sva materija je sastavljena od osnovnih gradivih jedinica zvanih atomi. Atomi se sastoje od malih pozitivno nabijenih čestica zvanih protoni, koji se nalaze u jezgri, okruženi još manjim negativno nabijenim česticama zvanim elektroni.

"Kao profesor fizike i astronomije na Sveučilištu Mississippi State, provodim eksperimente koji se često oslanjaju na ideju da elektroni i protoni koje vidimo u našim instrumentima međusobno djeluju razmjenjujući virtualne čestice", napisao je Dipangkar Dutta, profesor nuklearne fizike na Državnom sveučilištu Mississippija za Science Alert.

VELIKI ZNANSTVENICI /

Dobitnici Nobelove nagrade nisu bili najuzorniji učenici: Neki su markirali i bili izbačeni

"Moji kolege i ja nedavno smo vrlo precizno izmjerili veličinu protona bombardirajući atome vodika snopom elektrona. Ova mjerenja pretpostavljaju da elektroni mogu "osjetiti" proton u središtu atoma vodika razmjenom virtualnih fotona – čestica elektromagnetske energije."

Fizičari pomoću virtualnih čestica precizno izračunavaju sile među elektronima i pojave poput Casimirovog efekta. Iako te čestice nisu stvarne, njihova matematika točno predviđa opažene pojave. Također objašnjavaju i Hawkingovo zračenje – postepeno isparavanje crnih rupa uzrokovano parovima virtualnih čestica na njihovoj granici.

Korisna fikcija

"Vratimo se na pitanje: Može li matematički alat postati stvaran?", upitao se profesor. "Ako možete savršeno predvidjeti sve o nekoj sili zamišljajući da se prenosi pomoću virtualnih čestica, kvalificiraju li se te čestice kao stvarne? Je li njihov fiktivni status uopće bitan?"

POTREBNO I MALO SREĆE /

DNK studija 117-godišnje žene otkrila jedan od razloga dugovječnosti: 'Novi pogled na starenje'

Nadalje, profesor Dutta piše kako su fizičari i dalje podijeljeni oko tih pitanja. Neki radije "jednostavno šute i računaju" - kako je jednom rekao Feynman. Dodao je kako su virtualne čestice najbolji način da se opiše ponašanje čestica. No istraživači razvijaju alternativne metode koje ih uopće ne trebaju.

Ako nove metode uspiju, virtualne čestice mogle bi postati nepotrebne – možda su samo korisna fikcija, poput nekadašnjeg etera koji je napušten nakon Einsteinove teorije. 

Iako ne bi trebale postojati, virtualne čestice i dalje su ključne za opisivanje sila u prirodi. Možda su iluzija, ali nužna za razumijevanje stvarnosti.

POGLEDAJTE GALERIJU

OAZA TIŠINE /

Savršeni kontrast užurbanom životu: Hrvatski otok koji mirom jednostavno poziva na odmor

POGLEDAJTE VIDEO: Nezaboravan gastronomski doživljaj: Oduševite goste rižotom od cikle s kremom od sira