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打破宇宙真空的雷射技術(20190127新科學人)

邱慕天 2019/01/27 18:08 點閱 18359 次

打破宇宙真空的雷射技術
The Something Inside Nothing

根據量子理論的分支「量子電動力學(QED)」,現行所謂的「真空」中其實充滿了虛擬粒子。它們總是在那裡讓「現實」順利運作。儘管我們無法探測到這些虛擬粒子,但基於光子和電子互動的一些怪異路徑,在物理的等式上,我們必須反向推出這些暗物質的存在,才能解釋這些「超自然現象」。

理論上,如果你有足夠強大(突破施溫格極限)的電場,就可以「打破真空」讓虛擬粒子現身。但達到施溫格極限需要用大量光子轟擊虛擬粒子,以傳遞必要的能量。這股能量約等同世界上所有發電廠的十億倍的瞬間輸出,並且要集中在一個原子大小的空間中。聽起來完全不可能,但有一項技術完全符合這個應用,叫做「雷射」。

2018年諾貝爾物理學獎得主傑拉德‧穆戶以及唐娜‧史崔克蘭在1985年突破了雷射技術,使之可以預載能量而產生一瞬間的超高爆發。2005年開始,穆戶獲得了歐盟8億5千萬美元啟動資金、集結13個國家40個實驗室啟動了這項「極限光基建計畫(ELI)」。如今,羅馬尼亞布加勒斯特兩組10拍瓦(千兆瓦)為世界最強,已愈來愈接近施溫格極限了。

《新科學人》介紹,「打破真空」能為人類的宇宙物理知識帶來多項突破。第一是虛擬粒子與暗能量的關係。第二是它能模擬伽馬射線的類似電漿效果,讓我們研究瞬發能量可達太陽數千年的能量釋放總和、在夜空中明亮的伽馬射線。第三,目前QED的方程式在施溫格極限內才有準確性,故光子和電子的互動在超越施溫格極限後會如何,要靠ELI來為人類揭秘。

1拍瓦是世界電網功率總和的1千倍。向施溫格極限叩關需要100萬拍瓦,目前即使日本 30 拍瓦裝置的提案,中國上海建置中的100拍瓦激光、俄羅斯 180 拍瓦的XCELS 中心,都還需要透過鏡向反射或多重光束等創意技術突破。對於突破施溫格極限,或許穆戶給出的「未來5年」太過理想,但探索宇宙極限奧秘,正是敢於作夢者的專利。

https://www.newscientist.com/article/mg24132140-300-whats-inside-nothing-this-laser-will-rip-it-up-to-find-out/


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