Jų niekas nemato, bet jos keičia pasaulį: nematomos dalelės, be kurių neįmanoma paaiškinti Visatos

Jos nėra tikros ir tai aiškiai nurodyta net pačiame jų pavadinime, bet be jų kai kurie reiškiniai apskritai liktų nepaaiškinami. Virtualiosios dalelės – tai ne tai, ką galima aptikti prietaisais ar užfiksuoti eksperimente. 

Tačiau jų reikšmė fizikų pasaulyje yra milžiniška. Jos tapo esminiu įrankiu paaiškinant tris gamtos jėgas - elektromagnetizmą, stipriąją ir silpnąją branduolio sąveiką. 

Ir nors jos neegzistuoja fizine prasme, skaičiavimai, kuriuose jos naudojamos, atitinka realybės stebėjimus su neįtikėtinu tikslumu, net iki dvyliktosios po kablelio!

Ką reiškia „nematomas“?

Tikros dalelės yra energijos kiekiai, kuriuos galime aptikti. Jos palieka pėdsakus detektoriuose, gali būti išmatuotos, nufotografuotos, įvardytos. Virtualios – priešingai. 

Tai grynai matematinis modelis, kurį pirmasis pristatė fizikas Richardas Feynmanas. Jis siekė paaiškinti, kaip tikrosios dalelės tarpusavyje sąveikauja.

Ir nors šios virtualiosios dalelės yra „nesamos“, jos paaiškina realius fizikos reiškinius taip tiksliai, kad kai kurie fizikai net svarsto, ar iš tiesų jos nėra bent jau kažkiek tikros. Juk jei fikcija padeda taip tiksliai nuspėti tikrovę, galbūt joje slypi dalis tiesos?

Kaip jos veikia?

Pabandykite įsivaizduoti. Dvi dalelės, esančios erdvėje, staiga ima sąveikauti – viena stumia kitą, perduoda energiją. Bet kaip? Jos gi nepalietė viena kitos! Čia ir įsijungia virtualiosios dalelės, jos veikia tarsi nematomi laiškanešiai, perduodantys jėgą tarp dviejų realių objektų.

Fizikai šiuos procesus aprašo per vadinamuosius Feynmano diagramas, tarsi kvantinės fizikos komiksus, kur dalelės „meta“ viena kitai virtualius fotonus ar gluonus. 

Šie piešiniai padeda susivokti, bet taip pat suteikia šioms nematomoms dalelėms tam tikro realumo aurą, kuri iš tiesų yra iliuzija.

Kai fikcija veikia tiksliau nei realybė

Viena iš įspūdingiausių šio modelio taikymo sričių – Casimiro efektas. Kai du metaliniai plokštelės vakuume priartėja viena prie kitos, tarp jų ima veikti traukos jėga. Teoriškai – nieko nėra, jokios medžiagos tarp jų. 

Bet vis tiek jos traukia viena kitą. Paaiškinimas? Virtualiosios dalelės. Taip pat šis metodas paaiškina, kaip vienas elektronas „jaučia“ kitą, kaip vyksta dalelių atstūmimas, netgi kaip susidaro jėga tarp protono ir elektrono atome. 

O dar įdomiau yra tai, kad ši teorija leidžia paaiškinti ir vieną labiausiai intriguojančių astrofizikos prognozių - Hawkingo spinduliuotę. Pagal ją, juodųjų skylių pakraščiuose gali trumpam atsirasti virtualių dalelių poros. Viena įkrenta į skylę, kita pabėga. Rezultatas – juodoji skylė po truputį nyksta.

Taip realu, kad sunku net ginčytis

Nors virtualiosios dalelės nėra aptinkamos įranga, skaičiavimai, kuriuos jos leidžia atlikti, stulbina tikslumu. Fizikai gali nuspėti, kaip tiksliai viena ar kita jėga paveiks objektus ir šie spėjimai kas kartą atitinka stebėjimus. 

Toks tikslumas verčia klausti: gal tai ne tik skaičiavimo triukas, o kažkas daugiau? Kai kurie fizikai laikosi nuomonės, kad geriau tiesiog „nustokite galvoti ir skaičiuokite“, taip esą būtų sakęs pats Feynmanas. Gal virtualiosios dalelės ir neegzistuoja, bet jei jos veikia, tuomet tebūnie. Vis dėlto yra ir skeptikų. 

Yra kuriami nauji metodai, kurie išvis atsisako virtualių dalelių. Jei jie pasiteisins, dabartinis modelis gali išnykti lyg eteris, dar vienas išradimas, kadaise laikytas būtinu šviesai sklisti, bet vėliau paneigtas Einsteino teorijų.

Taigi virtualiosios dalelės – tai kvantinės fizikos paradoksas. Jos neturėtų būti tikros, bet jų dėka galime apskaičiuoti viską nuo magnetų veikimo iki juodųjų skylių elgesio. Ir jei tokios „neegzistuojančios“ dalelės padeda suprasti pasaulį, ar tikrai svarbu, ar jos realios?