本当に空っぽな空間は存在するのか？

概要

宇宙は空っぽに見えるかもしれませんが、実際には物質、粒子、放射線で満ちています。最も空っぽな場所でも、1立方センチメートルあたり数億の原子が存在します。大型ハドロン衝突型加速器などの実験に取り組む科学者たちは、高出力ポンプや特殊コーティングを使用して、できるだけ少ない原子で真空を作成する必要があります。しかし、最も空っぽな場所でも、1立方センチメートルあたり約10万個の粒子が存在します。すべての原子が除去され、放射線が遮断されても、空間の各立方メートルには量子力学的な揺らぎがあり、そのエネルギーは約4つの陽子に相当します。

宇宙は空っぽではない

多くの人々が宇宙は空っぽだと思っていますが、それは事実ではありません。銀河間空間の広大な空虚さでも、1立方メートルあたり1つの水素原子が存在します。さらに、星、銀河、ブラックホールからさまざまな方向に粒子や電磁放射線が飛び交っています。ビッグバンから残留した放射線も存在します。

真空の作成方法

真空は非常に便利であり、真空パックされた食品や初期の電球など、あらゆる目的においてメーカーがそれに頼っています。これらの真空は、真空掃除機が行うことのバージョンを使用して作成されます。高出力ポンプを使用して、できるだけ多くの迷子の原子を除去するための吸引力を作り出します。

真空の作成の限界

大型ハドロン衝突型加速器などの実験に取り組む科学者たちは、できるだけ少ない原子で真空を作成する必要があります。LHCのパイプはステンレス鋼などの分子を放出しない材料で作られており、迷子のガスを吸収する特殊なコーティングで覆われています。温度を200℃に上げることで、湿気を焼き切り、何百もの真空ポンプで2週間かけて、コライダーの非常に感度の高い実験に十分なガスとデブリをパイプから取り出します。

空っぽの空間の量子力学的揺らぎ

すべての原子が除去され、放射線が遮断されても、空間の各立方メートルには量子力学的な揺らぎがあります。これらの揺らぎは、約4つの陽子に相当するエネルギーを持っています。量子力学的揺らぎは、宇宙の最初の瞬間から存在しており、宇宙に見られるすべてのもの、銀河、惑星、宇宙全体の大規模な構造を含めて、すべての種子であったと宇宙論学者たちは信じています。

消失したエネルギーの謎

現在の理論によると、空間の真空中の量子力学的揺らぎには、観測されるよりも120桁ものエネルギーが必要です。この消失したエネルギーの謎を解くことは、物理学と宇宙の理解を完全に書き換えるかもしれません。

結論

空間は空っぽに見えるかもしれませんが、実際には物質、粒子、放射線で満ちています。最も空っぽな場所でも、1立方センチメートルあたり数億の原子が存在します。空間の各立方メートルには、約4つの陽子に相当するエネルギーを持つ量子力学的揺らぎがあります。空間の真空中の消失したエネルギーの謎は、物理学と宇宙の理解を完全に書き換えるかもしれません。