To, čemu běžně říkáme prázdný prostor, nemusí být ve skutečnosti vůbec prázdné. Nová studie publikovaná v prestižním časopise Nature přinesla dosud nejpřesvědčivější důkazy pro existenci jevu známého jako vakuová dvojlomnost. Jde o efekt, který už v roce 1936 předpověděli němečtí fyzici Werner Heisenberg a Hans Euler, ale jeho experimentální potvrzení se vědcům dlouhá desetiletí nedařilo získat.
Výzkumný tým vedený Rachael Stewart z George Washington University využil k pozorování magnetar 1E 1547-5408. Tento mimořádně hustý pozůstatek po výbuchu hmotné hvězdy vytváří nejsilnější známá magnetická pole ve vesmíru. Právě ta podle kvantové elektrodynamiky dokážou změnit vlastnosti samotného vakua.
Světlo se v prázdném prostoru nechovalo podle očekávání
Kvantová fyzika předpokládá, že vakuum není úplně prázdné. Neustále v něm na nepatrný zlomek sekundy vznikají a zanikají takzvané virtuální částice, například elektrony a pozitrony. Za normálních podmínek jsou jejich projevy prakticky nepozorovatelné.
V extrémně silném magnetickém poli magnetaru se však situace mění. Tyto kvantové procesy mohou ovlivnit průchod světla natolik, že se začne chovat podobně jako při průchodu krystalem nebo hranolem. Tento efekt se označuje jako vakuová dvojlomnost.
Klíčová měření provedla družice Imaging X-ray Polarimetry Explorer (IXPE), kterou NASA vypustila v roce 2021. Vědci analyzovali rentgenové záření z magnetaru během pozorování uskutečněných na jaře 2025. Data doplnili měřeními z rentgenového teleskopu na Mezinárodní vesmírné stanici i radioteleskopů v Austrálii a Jihoafrické republice.
Výsledky ukázaly, že rentgenové záření bylo téměř třikrát více polarizované, než předpokládaly běžné modely neutronových hvězd. Směr polarizace navíc přesně odpovídal orientaci magnetického pole objektu. Podle autorů studie právě tato kombinace představuje dosud nejsilnější důkaz, že se světlo skutečně mění vlivem kvantových vlastností vakua.
Laboratoř, kterou na Zemi vytvořit nedokážeme
Podobný experiment není možné provést v pozemských laboratořích. K pozorování vakuové dvojlomnosti je potřeba magnetické pole více než stokrát milionkrát silnější, než jaké dnes dokáže vytvořit člověk. Magnetary proto představují jedinečné přírodní laboratoře, v nichž lze testovat základní zákony fyziky za podmínek, které na Zemi nelze napodobit.
Vědci už v minulosti zaznamenali náznaky tohoto jevu při pozorování jiné neutronové hvězdy, tehdejší výsledky však nebyly jednoznačné. Nová měření z observatoře IXPE jsou podle autorů výrazně přesvědčivější a představují dosud nejlepší potvrzení jedné z nejzajímavějších předpovědí kvantové elektrodynamiky.