Астрономы впервые увидели двулучепреломление вакуума — эффект, предсказанный Гейзенбергом 90 лет назад

Астрономы, возможно, впервые зафиксировали одно из самых странных предсказаний квантовой механики — «двулучепреломление вакуума». Это явление, при котором даже пустое пространство меняет распространение света в сверхсильном магнитном поле. Эффект почти девяносто лет назад предсказал один из основателей квантовой механики Вернер Гейзенберг. И теперь, благодаря редчайшим космическим объектам — магнитарам, учёные, вероятно, увидели его в реальности. Работа опубликована в журнале Nature.

Что такое двулучепреломление вакуума

Согласно теории, вакуум не пуст. В нём постоянно возникают и исчезают так называемые виртуальные частицы. В достаточно мощном магнитном поле эти частицы выстраиваются вдоль его направления и заставляют свет преломляться особым образом — как если бы пустое пространство вдруг стало кристаллом. Проблема в том, что для этого нужно поле в сотни миллионов раз сильнее любого, что удавалось создать на Земле.

«К счастью, природа дала нам магнитары — идеальные космические лаборатории для поиска этого эффекта», — пояснил участник работы, сотрудник Технологического университета Суинберна Маркус Лоуэр. Магнитары — это редкие нейтронные звёзды с самыми сильными магнитными полями во Вселенной. Именно они позволяют искать предсказанное Гейзенбергом явление.

Как проходили наблюдения

Команда изучила магнитар 1E 1547.0−5408 с помощью рентгеновского телескопа NASA IXPE, а также аппарата NICER на борту МКС и австралийского радиотелескопа Parkes. Отслеживая, как меняется излучение звезды при её вращении, учёные определили, что магнитная и вращательная оси магнитара почти совпадают, а наблюдаем мы его практически «с полюса». Такая геометрия оказалась почти идеальной для поиска эффекта.

Что удалось обнаружить

Исследователи нашли два важных признака. Рентгеновское излучение магнитара оказалось очень сильно поляризованным, а направление этой поляризации было привязано к магнитному полю так же, как и в радиодиапазоне. Именно этого и ждут от двулучепреломления вакуума.

Однако чтобы окончательно подтвердить вывод и отличить его от других процессов вокруг магнитара, потребуются новые наблюдения и более точные компьютерные модели. Пока что учёные говорят о «возможном обнаружении» — научная осторожность требует перепроверки. Но первые признаки того, что вакуум действительно способен вести себя как материя, уже получены.

Почему это важно

Если открытие подтвердится, это станет прямым экспериментальным доказательством одного из самых фундаментальных предсказаний квантовой электродинамики. Пустота перестаёт быть пустой. Она становится активной средой, способной влиять на свет. Это не просто подтверждение теории — это окно в мир, где вакуум живёт своей жизнью, где частицы рождаются и исчезают, а свет меняет свою природу, проходя через, казалось бы, ничто. И магнитары — эти космические монстры с полями, невообразимыми для земных лабораторий, — позволяют нам заглянуть в этот мир.