Is it possible to create a perfect vacuum? - Rolf Landua and Anais Rassat

תרגום: Ido Dekkers עריכה: Sigal Tifferet

The universe is bustling with matter and energy.

היקום רוחש חומר ואנרגיה.

Even in the vast apparent emptiness of intergalactic space,

אפילו בריקנות לכאורה במרחב הבין גלקטי,

there's one hydrogen atom per cubic meter.

יש אטום מימן אחד למטר רבוע.

That's not the mention a barrage of particles

וזה בלי להתייחס לחלקיקים

and electromagnetic radiation

וקרינה אלטרומגנטית

passing every which way from stars, galaxies, and into black holes.

שעוברים לכל כיוון מכוכבים, גלקסיות, ולתוך חורים שחורים.

There's even radiation left over from the Big Bang.

יש אפילו קרינה שנשארה מהמפץ הגדול.

So is there such thing as a total absence of everything?

אז האם יש דבר כזה חוסר כללי בהכל?

This isn't just a thought experiment.

זה לא רק ניסוי מחשבתי.

Empty spaces, or vacuums, are incredibly useful.

חללים ריקים, או ואקום, הם מאוד שימושיים.

Inside our homes, most vacuum cleaners work

בתוך הבתים שלנו, רוב שואבי האבק עובדים

by using a fan to create a low-pressure relatively empty area

על ידי שימוש במאוורר כדי ליצור איזור ריק עם לחץ נמוך יחסית

that sucks matter in to fill the void.

ששואב חומר כדי למלא את החלל.

But that's far from empty.

אבל זה רחוק מאוד מריק.

There's still plenty of matter bouncing around.

יש עדיין הרבה חומר שזז לכל הכיוונים.

Manufacturers rely on more thorough, sealed vacuums

יצרנים מסתמכים על ואקום יותר אטום ומשמעותי

for all sorts of purposes.

לכל מיני סוגים של מטרות.

That includes vacuum-packed food that stays fresh longer,

זה כולל אוכל שארוז בואקום שנשאר טרי יותר זמן,

and the vacuums inside early light bulbs that protected filaments from degrading.

והואקום בתוך נורות מוקדמות שמנע מחוט הלהט להשרף.

These vacuums are generally created with some version

הואקומים האלה באופן כללי נוצרים עם כמה גרסאות

of what a vacuum cleaner does

של מה ששואבי אבק עושים

using high-powered pumps that create enough suction

בשימוש במשאבות חזקות שיוצרות מספיק שאיבה

to remove as many stray atoms as possible.

כדי להוציא כמה שיותר אטומים משוטטים שאפשר.

But the best of these industrial processes

אבל גם הטובים בתהליכים התעשייתיים האלה

tends to leave hundreds of millions of atoms

נוטים להשאיר מאות מליוני אטומים

per cubic centimeter of space.

לסנטימטר מעוקב של חלל.

That isn't empty enough for scientists who work on experiments,

זה לא ריק מספיק למדענים שעובדים על ניסויים,

like the Large Hadron Collider,

כמו מרסק ההדרונים הגדול,

where particle beams need to circulate at close to the speed of light

בו אלומות חלקיקים צריכות להקיף קרוב למהירות האור

for up to ten hours without hitting any stray atoms.

עד 10 שעות בלי לפגוע באף אטום תועה.

So how do they create a vacuum?

אז איך הם יוצרים ואקום?

The LHC's pipes are made of materials, like stainless steel,

צינורות ה LHC עשויים מחומר כמו פלדת אל חלד,

that don't release any of their own molecules

שלא משחררת אף אחת מהמולקולות שלה

and are lined with a special coating to absorb stray gases.

ומצופה בציפוי מיוחד כדי לספוג גזים תועים.

Raising the temperature to 200 degrees Celsius

העלאת הטמפרטורה ל 200 מעלות

burns off any moisture,

שורפת את כל הלחות,

and hundreds of vacuum pumps take two weeks to trap enough gas and debris

ומאות משאבות ואקום דורשות שבועיים להוציא מספיק גז ופסולת

out of the pipes for the collider's incredibly sensitive experiments.

מחוץ לצינורות עבור הניסויים המאוד רגישים של המאיץ.

Even with all this,

עם כל זה,

the Large Hadron Collider isn't a perfect vacuum.

במרסק ההדרונים הגדול אין וואקום מושלם.

In the emptiest places, there are still

במקומות הכי ריקים, עדיין יש

about 100,000 particles per cubic centimeter.

בערך 100,000 חלקיקים לסנטימטר מעוקב.

But let's say an experiment like that could somehow get every last atom out.

אבל בואו נגיד שניסוי כזה יוכל איכשהו להוציא כל אטום ואטום.

There's still an unfathomably huge amount of radiation all around us

יש עדיין כמות בלתי ניתנת לתפישה של קרינה סביבנו

that can pass right through the walls.

שיכולה לעבור ישר דרך קירות.

Every second, about 50 muons from cosmic rays,

כל שניה, בערך 50 מואונים מקרניים קוסמיות,

10 million neutrinos coming directly from the Big Bang,

10 מליון ניוטרינו שמגיעים ישירות מהמפץ הגדול,

30 million photons from the cosmic microwave background,

30 מליון פוטונים מקרינת הרקע הקוסמית,

and 300 trillion neutrinos from the Sun pass through your body.

ו 300 טריליון ניוטרינו מהשמש עוברים דרך הגוף שלכם.

It is possible to shield vacuum chambers with substances,

אפשר להגן על תאי ואקום עם חומרים,

including water,

כולל מים,

that absorb and reflect this radiation,

שסופגים ומחזירים את הקרינה,

except for neutrinos.

חוץ מניוטרינו.

Let's say you've somehow removed all of the atoms

בואו נגיד שאיכשהו נוציא את כל האטומים

and blocked all of the radiation.

ונחסום את כל הקרינה.

Is the space now totally empty?

האם החלל ריק לחלוטין עכשיו?

Actually, no.

למעשה, לא.

All space is filled with what physicists call quantum fields.

כל החלל מלא מה שמדענים קוראים לו שדות קוואנטיים.

What we think of as subatomic particles,

מה שאנחנו חושבים עליו כחלקיקים תת אטומיים,

electrons and photons and their relatives,

אלקטרונים ופוטונים והקרובים שלהם,

are actually vibrations in a quantum fabric

הם למעשה רטיטות במארג הקוואנטי

that extends throughout the universe.

שפרוש בכל היקום.

And because of a physical law called the Heisenberg Principle,

ובגלל חוק פיסיקלי שנקרא עיקרון הייזנברג,

these fields never stop oscillating,

השדות האלה אף פעם לא מפסידים לרטוט,

even without any particles to set off the ripples.

אפילו בלי חלקיקים שיתחילו את הגלים.

They always have some minimum fluctuation called a vacuum fluctuation.

תמיד יש להם כמה רטיטות מינימליות שנקראות רטיטות ואקום.

This means they have energy, a huge amount of it.

זה אומר שיש להם אנרגיה, כמות עצומה ממנה.

Because Einstein's equations tell us that mass and energy are equivalent,

בגלל שהמשוואות של איינשטיין אומרות לנו שמאסה ואנרגיה הם שקולים,

the quantum fluctuations in every cubic meter of space

לרטיטות הקוואנטיות בכל מטר רבוע של חלל

have an energy that corresponds to a mass of about four protons.

יש אנרגיה ששוה למאסה של בערך ארבעה פרוטונים.

In other words, the seemingly empty space inside your vacuum

במילים אחרות, החלל שנראה ריק בתוך הואקום שלכם

would actually weigh a small amount.

ישקול למעשה מעט.

Quantum fluctuations have existed since the earliest moments of the universe.

רטיטות קוואנטיות היו קיימות מאז הרגעים הראשונים של היקום.

In the moments after the Big Bang,

ברגעים אחרי המפץ הגדול,

as the universe expanded,

כשהיקום התרחב,

they were amplified and stretched out to cosmic scales.

הם התגברו ונמתחו בקנה מידה קוסמי.

Cosmologists believe that these original quantum fluctuations

קוסמולוגים מאמינים שהרטיטות הקוואנטיות המקוריות האלו

were the seeds of everything we see today:

היו המקור לכל מה שאנחנו רואים היום:

galaxies and the entire large scale structure of the universe,

גלקסיות ומבנים שלמים בקנה מידה עצום של היקום,

as well as planets and solar systems.

כמו גם פלנטות ומערכות כוכבים.

They're also the center of one of the greatest scientific mysteries of our time

הן גם במרכזה של אחת התעלומות הכי גדולות של המדע

because according to the current theories,

כי לפי התאוריות הנוכחיות,

the quantum fluctuations in the vacuum of space

הרטיטות הקוואנטיות בואקום של החלל

ought to have 120 orders of magnitude more energy than we observe.

צריכות להיות אנרגטיות ב 120 קני מידה ממה שאנחנו רואים.

Solving the mystery of that missing energy

פתירת התעלומה הזו של האנרגיה החסרה

may entirely rewrite our understanding of physics and the universe.

אולי תשכתב לגמרי את ההבנה שלנו של הפיזיקה והיקום.