Apologetika: Hmota – môže vznikať niečo z ničoho?

Nie tak dávno konštatoval slovenský ateistický fyzik Martin Mojžiš v relácii Pod lampou, že tvrdenia o vznikaní hmoty z ničoho radí zatiaľ medzi beletriu.

V roku 2022 bol vykonaný významný experiment, ktorý mal navodiť Schwingerov efekt. Niektoré titulky tvrdili, že niečo vzniklo z ničoho. Fyzikálny chemik Jonathan Sarfati, Ph.D. k tomu hovorí, že ako zvyčajne, dobrú vedu treba oddeliť od neopodstatnených interpretácií.

Problém je, že elektrické pole, ktoré sa pri experimente v roku 2022 využilo nie je akési „nič“. Energia častíc sa tiež odoberá z elektrického poľa, čím sa zachováva zákon zachovania hmotnosti a energie.

Proces vznikania niečoho z ničoho je sen mnohých ateistov, aby konečne mohli označiť Boha ako nepotrebného. Jednou z ich hlavných motivácií je hľadanie pokoja pre svoje spravidla značne zdeformované svedomie.

BLIŽŠIE VYSVETLENIE

Jednou z vlastností kvantovej mechaniky je Heisenbergov princíp neurčitosti, pomenovaný podľa priekopníka kvantovej mechaniky Wernera Heisenberga (1901-1976), nositeľa Nobelovej ceny. Tento princíp hovorí, že nemôžeme poznať energiu a čas s nekonečnou presnosťou, ani polohu a hybnosť. Hmotnosť a energia majú vzťah podľa známeho Einsteinovho vzorca E = mc^2.

Na nepatrný zlomok sekundy sa môžu objaviť nové subatomárne častice a potom miznú. Nazývajú sa virtuálny pár častica-antičastica. Čas, ktorý môžu tieto častice trvať, je však nepriamo úmerný ich hmotnosti. To znamená, že väčšie hmotnosti trvajú kratšie. Častica a antičastica rýchlo navzájom anihilujú. Existencia všetkého, čo je menšie ako subatomárne častice, je prchavá.

Produkcia virtuálnych častíc je teda dočasným porušením zákona zachovania hmoty a energie: t. j. celkové množstvo hmoty/energie je konštantné. To však nie je problém, pretože v danom nekonečne malom časovom úseku existuje neistota merania energie. Po uplynutí tohto časového úseku častice zaniknú, čím sa obnoví pôvodná hmotnosť-energia, takže zákon platí.

Virtuálne častice boli teoreticky dokázané. Potiaľto sa jedná o vedu. Čo nie je skutočná veda, je tvrdenie, že dochádza k vznikaniu niečoho z ničoho. Výroba virtuálnych párov si vyžaduje kvantové pole, a to je niečo, nie nič. Viacerí ateistickí kozmogonisti vrátane Lawrenca Kraussa a zosnulého Stephena Hawkinga sa dopustili filozofickej chyby, keď toto „niečo“ označili ako „nič“.

SCHWINGEROV EFEKT

Za normálnych okolností je existencia virtuálnych častíc veľmi prchavá. V roku 1951 však nositeľ Nobelovej ceny za kvantovú fyziku Julian Schwinger (1918-1994) teoreticky vysvetlil, ako môže pár virtuálnych častíc pretrvávať. Extrémne silné elektrické pole by oddelilo opačne nabitú časticu a antičasticu, čím by zastavilo ich anihiláciu. Častice by tak pretrvali.

Toto elektrické pole nie je „nič“! Z elektrického poľa sa tiež odčerpáva energia častíc, čím sa zachováva zákon zachovania hmotnosti a energie.

POTVRDZOVACÍ EXPERIMENT

Vedci si mysleli, že je príliš ťažké dokázať Schwingerovu predpoveď, pretože si vyžaduje elektrické polia, ktoré sú oveľa väčšie, než vedci dokážu vytvoriť. Skôr by bolo potrebné elektrické pole, aké vytvára magnetar („magnetická hviezda“), neutrónová hviezda s magnetickým poľom v hodnote miliárd tesla (rozpadajúce sa magnetické pole Zeme má hodnotu 50 milióntin tesla). Alternatívne dúfali, že potrebné elektrické polia dosiahnu dočasne pomocou zrážok častíc s vyššou energiou.

Vedci z Manchesterskej univerzity však tento problém prekonali a potvrdili Schwingerov jav. Nešlo však o pár častica-antičastica v priestore, ale o analógiu v pevnej látke: pár elektrón-diera. „Diera“ v pevnej látke je nedostatok elektrónu v mriežke pevnej látky, kde by za normálnych okolností existoval. V normálnej pevnej látke je záporný náboj elektrónov vyvážený kladným nábojom atómových jadier. Takže miesto diery má čistý kladný náboj. Analógia v pevnej látke si vyžaduje oveľa nižšie elektrické pole ako prázdny priestor (a trochu iné teoretické spracovanie).

Pri „dierovom vedení“ sa diery pohybujú cez mriežku, akoby boli kladne nabité častice. Je to dôležité pre polovodiče typu p („p“ znamená kladný náboj dier).

Pri experimente sa použil grafén, ktorý pozostáva z vrstiev uhlíka s hrúbkou jedného atómu. Ide v podstate o dvojrozmernú látku s neobvyklými elektrickými vlastnosťami a schopnosťou udržiavať veľmi vysoké prúdy. Grafén bol usporiadaný do supermriežky: striedali sa veľmi tenké vrstvy grafénu a nitridu bóru.

Keď sa aplikovalo veľmi silné elektrické pole, vznikol elektrický prúd vyšší, ako umožňuje bežná kvantová mechanika vedenia elektrónov. Dalo by sa to vysvetliť len generovaním dodatočne nabitých častíc: produkciou elektrónových dier. Tieto častice pretrvávali dostatočne dlho na to, aby prispeli k nameranému elektrickému prúdu.

PROBLÉM ANTIHMOTY

Vesmír je predovšetkým tvorený hmotou. Spomínané procesy produkujú rovnaký počet častíc a antičastíc, takže by nemohli vysvetliť náš vesmír. Tento dlhodobý problém Teórie veľkého tresku Schwingerov efekt nerieši.

ZÁVER

V závere článku z bigthink.com podávajúceho experiment z roku 2022 ako senzáciu sa píše:

Keď sa elektróny a pozitróny (alebo „diery“) vytvárajú doslova z ničoho, len vytrhnuté z kvantového vákua samotným elektrickým poľom, je to ďalší spôsob, ako vesmír demonštruje zdanlivo nemožné: naozaj môžeme vytvoriť niečo z absolútne ničoho!

Ako bolo vysvetlené, nič také sa nedeje. Skutočný výskum je však dôležitý pre vývoj budúcich elektronických zariadení založených na dvojrozmerných kvantových materiáloch a stanovuje limity pre vedenia vyrobené z grafénu, ktorý bol už predtým známy svojou pozoruhodnou schopnosťou udržiavať ultravysoké elektrické prúdy.

Zdroje a odkazy:

Siegel, E., 70-year-old quantum prediction comes true, as something is created from nothing, bigthink.com, 13 Sep 2022.
Sarfati, J., Should creationists accept quantum mechanics? J. Creation 26(1):116–123, 2012.
Cosmic physics mimicked on table-top as graphene enables Schwinger effect, manchester.ac.uk, 28 Jan 2022.
Berdyugin, A.I. and 20 others, Out-of-equilibrium criticalities in graphene superlattices, Science 375(6579):430–433, 27 Jan 2022 | doi:10.1126/science.abi8627.
Smorra, C. and 16 others, A parts-per-billion measurement of the antiproton magnetic moment, Nature 550(7676):371–374, 19 Oct 2017 | doi:10.1038/nature24048
Sarfati Jonathan, Was something created from nothing? Confirmation of the quantum-mechanical Schwinger effect, creation.com/something-from-nothing