Вакуум

Материал из Альманах "Покорение смыслов"
Перейти к: навигация, поиск

Физический вакуум - среда с отсутствием частиц вещества. Наинизшее возможное состояние полей.
По современным представлениям наиболее фундаментальной категорией материи является поле. Само по себе поле может находится в нескольких состояниях: безчастичном, одночастичном, многочастичном. Вакуумные состояния полей - это существование полей в бесчастичном состоянии. Физический вакуум следует отличать от пустоты. Под пустотой в современной науке подразумевается некая форма существования материи, когда определено только наличие правил, обуславливающих формы материи, или наличие законов природы. Различные метафизические подходы по разному трактуют обусловленность пустоты. Некоторые вводят принцип, постулирующий невозможность её существования. Также от пустоты следует отличать абсолютную пустоту. Аналогично можно сказать, что абсолютная пустота подразумевает также отсутствие даже самих законов природы.
Благодаря логически построенным следствиям из принципов квантовой механики, пространство, существование которого диктуется реализацией этих принципов, наполнено всеми потенциальными возможностями для рождения самых различных состояний материи, которые в физике именуются частицами. Рождающиеся и исчезающие таким образом частицы называются виртуальными, а сам процесс – квантовыми флуктуациями.

Содержание

[править] Материя на микроуровне

На сегодняшний день уже практически никто из исследователей не сомневается, что окружающая нас материя дискретна на своём фундаментальном уровне. Более того, идея об элементарных объектах, аналогах "монад"[1] Г. Лейбница для объективной реальности считается одной из важнейших, когда-либо сформированных человечеством.

Если бы в результате какой-то мировой катастрофы все накопленные научные знания оказались бы уничтоженными и к грядущим поколениям живых существ перешла бы только одна фраза, то какое утверждение, составленное из наименьшего количества слов, принесло бы наибольшую информацию? Я считаю, что это — атомная гипотеза (можете называть ее не гипотезой, а фактом, но это ничего не меняет): все тела состоят из атомов — маленьких телец, которые находятся в беспрерывном движении, притягиваются на небольшом расстоянии, но отталкиваются, если одно из них плотнее прижать к другому. В одной этой фразе, как вы убедитесь, содержится невероятное количество информации о мире, стоит лишь приложить к ней немного воображения и чуть соображения.[2]

Сама по себе атомная гипотеза оказалось чрезвычайно плодотворной, а её применение привело к построению современного мировоззрения человечества, проникшего из естественных наук практически во все остальные науки, даже такие как история, социология, эстетика и др.
За свою почти двух с половиной тысячелетнюю историю[3] она несколько видоизменилась и теперь мы считаем не атомы[4] элементарными основами мироздания, а гораздо более мелкие объекты.
В прошлом веке было установлено, что сам по себе атом состоит из ядра, окружённого электронами. Ядро – это очень компактная область пространства, в которой находятся более мелкие объекты - протоны и нейтроны. Более того, даже такие, ранее рассматривавшиеся непрерывными, объекты как поля – сейчас считаются дискретными, в свою очередь состоящими из элементарных «кирпичиков».
Поле – это такой вид материи, который, наполняя собой пространство, передаёт всевозможные взаимодействия между элементарными составляющими вещественной материи. Например, поле, обеспечивающее существование атома будет электромагнитным – это множество элементарных частиц фотонов, обмениваясь которыми ядро и окружающие его электроны создают устойчивое образование.

Кварки Рисунок с сайта: Элементы.ру

Во второй половине ХХ века стало ясно, что протоны и нейтроны, в свою очередь, не являются простыми частицами. Они состоят из более фундаментальных единиц – кварков. Кварки также взаимодействуют между собой посредством ещё одного поля – сильного или хромодинамического. Само же это поле – процесс обмена кварков переносчиками взаимодействия – глюонами (от английского слова glue– клей). Глюоны создают очень сильное взаимодействие, гораздо превосходящее по мощности электромагнитное, если бы его не было, заряженные электрическим зарядом кварки не могли бы собраться в такой малой области пространства как, например, протон. Электроны не принимают участия в сильном взаимодействии. В сильном взаимодействии могут участвовать только частицы, несущие специальный заряд, который называется «цветовым».
Помимо этих двух взаимодействий, существует также и третье взаимодействие – слабое, которое переносится другими частицами. У них нет собственных имён, но они обозначаются как W+; W- и Z0. В слабом взаимодействии участвуют кварки, электроны, а также ещё один сорт частиц – нейтрино.
Если сильное и электромагнитное взаимодействия обеспечивают существование вещества, из которого, в частности, мы сами состоим, то слабое взаимодействие проявляет себя незначительно, если не читать того, что слабое взаимодействие косвенно ответственно за излучение звёзд, без него Вселенная была бы не светящейся и в ней не было бы потоков энергии, обеспечивающих возможности для появления и эволюции жизни.
Помимо трёх сил Природы существует ещё одна - универсальная сила, которой подчинены все частицы – это особое взаимодействие, которое изменяет свойства пространства-времени. Название ему - гравитация.
Гравитационное взаимодействие самое слабое из всех, однако оно является определяющим для самого грандиозного известного нам объекта – всей Вселенной в целом.

Фундаментальные частицы Рисунок с сайта: Элементы.ру

Современная наука считает, что самыми элементарными частицами (истинно элементарными – точечными, которые не состоят из каких-то частей) являются следующие:
Шесть кварков: u - кварк, d- кварк, s-кварк, c-кварк, b-кварк, t – кварк.

Шесть лептонов: e – электрон, μ – мюон, τ – тау-лептон, νe – электронное нейтрино, νμ – мюонное нейтрино, ντ – тау-лептонное нейтрино.

А также следующие частицы, которые переносят взаимодействия между кварками и лептонами:
γ - фотон, 8 глюонов, два переносчика слабого взаимодействия: W и Z –бозоны[5], а также частицы, переносящей тяготение – g - гравитон.
Возможно существует гипотетическая частица – H – бозон Хиггса – специфический объект, ответственный за массы всех остальных частиц[6].

Кварки и лептоны – это частицы специального класса, которые называются фермионами, а частицы, переносчики взаимодействий – второй фундаментальный класс – бозоны.
В принципе, на фундаментальном уровне, можно утверждать, что всё «вещество» состоит из фермионов, а все «поля» состоят из бозонов. Между этими классами частиц есть принципиальное различие: фермионы – «частицы-эгоисты», а бозоны – «частицы коллективисты». Два одинаковых фермиона не могут находиться в одном состоянии, бозоны же напротив – стремятся попасть все в одно состояние[7]
Невозможность нахождения двух и более фермионов в одном состоянии называется Принципом запрета Паули[8].
Принцип Паули обеспечивает разнообразие свойств атомов Периодической таблицы Д.И. Менделеева. Электроны вынуждены занимать разные энергетические «орбиты», если бы принцип не был справедлив, то все электроны атома собрались бы в одном состоянии (на одной «орбите») и свойства различных атомов были бы примерно аналогичны атому гелия.

[править] Квантовая механика и вакуум

Основы Рисунок с сайта: Происхождение жизни и эволюция

На начало ХХ века исследователи пребывали в эйфории. В то время казалось, что зная начальные состояния атомов и их скорости можно вычислить все последующие их состояния, нужно лишь подождать, когда само это вычисление станет возможным, в виду чудовищно гигантского количества сложных, но принципиально разрешимых соотношений. Однако, вскоре выяснилось, что предсказать поведение самых мелких объектов совершенно невозможно. Эти объекты ведут себя не только как частицы, но и как волны – две взаимно противоречивые категории.
До сих пор человеческой интуиции не хватает для понимания такой природы вещей, потому что объекты микромира существуют каким-то таким образом, что для них неприменимо даже понятие траектории.
Когда был сформулирован принцип неопределённости – зародилась новая наука – Квантовая механика. До этого считалось, что материя состоит из частиц, между которыми ничего нет – пустота или вакуум. По мере развития квантовой теории оказалось, что сама по себе пустота – это не «ничто», наоборот – это какой-то бесконечно сложный мир объектов и их взаимодействий между собой. Более того, у нас нет адекватных математических методов исследования пустоты.
Со времён Ньютона мы привыкли к тому, что разбивая пространство на очень мелкие части, содержание этих частей тем легче описать, чем на меньшие ячейки мы произведём разбиение. В пределе бесконечно малого разбиения у нас получаются самые простые и понятные математические соотношения между содержанием бесконечно-малого деления пространства.
Например, на бесконечно-малом интервале практически любую функцию можно считать постоянной величиной. Наиболее выдающимся успехом такой идеи оказалось построение дифференциального и интегрального исчислений – самых важных методов математического анализа.
Поведение же пустоты – вакуума совершенно противоположное: чем на меньшие объёмы мы разбиваем пространство, даже на уровне математической модели – тем сложнее содержание этой малой ячейки пространства себя ведёт. В пределе бесконечно-малого разбиения вакуум ведёт себя бесконечно сложно.
Возможно, изучение вакуума приведёт к появлению совершенно нового раздела математики, отличного от традиционного математического анализа. Вакуум даже не самоподобен, как, например, фракталы; он бесконечно сложно содержателен, поистине неисчерпаем.
Пока не ясно, что же такое есть вакуум, но его свойства таковы, что, по-видимому, именно эта категория материи определяет всё прошлое, настоящее и будущее Вселенной. Некоторые свойства вакуума, влияющие на эволюцию мира, рассмотрены в настоящей статье.

[править] Плотность энергии вакуума

Одним из центральных достижений физики ХIХ века было создание Дж. Максвеллом общей теории электричества и магнетизма. Важнейшим из следствий данной теории было наличие наряду с обычным электростатическим полем также некоей конфигурации изменяющихся электрического и магнитного полей, изменение одного поля порождает появление второго. Таким образом были предсказаны электромагнитные волны, экспериментальное обнаружение которых изменило человеческий мир. Сейчас кажущиеся естественными такие понятия как: радио, телевидение и т.д. были невозможны до теории электромагнетизма.
Электромагнитные волны переносят энергию и могут распространяться в пустом пространстве. Когда появилась наука «Квантовая теория поля», оказалось, что электромагнитные волны подчиняются тем же уравнениям что и гармонические осцилляторы, простейшим примером которого является груз, подвешенный на пружинке. При этом энергия электрического поля электромагнитной волны аналогична кинетической энергии груза, а энергия магнитного поля – потенциальной энергии сжатой пружины.
Квантовая механика накладывает существенные ограничения на возможные энергии систем, подобных осцилляторам: их энергия не может принимать произвольных значений, а только строго определённые:

Е = (1/2 + N)hν;

где N – произвольное целое число, ν – частота колебаний.
То есть, для определённой частоты колебаний энергия квантуется. Это справедливо и для макроскопических маятников, но мы этого не замечаем из-за чрезвычайной малости постоянной Планка h (h = 6.6·10-34 Дж·сек), в связи с этим для больших маятников величина N должна быть очень большой и мы не обнаруживаем дискретные изменения энергии.
Самым важным следствием теории является то, что энергия не может быть нулевой, существует минимальное значение: Е = 1/2hν.

Уровни энергии осциллятора

Такое значение следует из принципа неопределённости поскольку в состоянии покоя не могут одновременно существовать точное значение координаты, а также скорости равной нулю.
Применение принципа неопределённости к электромагнитному полю означает, что одновременно не могут обращаться в ноль электрическое и магнитное поля, то есть плотность электромагнитной энергии не может равняться нулю[9].
Более того, эволюция полей в точке зависит от величины полей в соседних точках[10], поэтому минимальное состояние полей является отдельными волнами всевозможных частот.
Такое рассуждение справедливо для всех полей, а не только для электромагнитного. Минимальная энергия определена для каждой из частот возбуждения, спектр которых непрерывен, то есть, хотя энергия и квантуется - изменяется порциями для каждой из частот, но может иметь любые значения, поскольку частоты возбуждения изменяются непрерывно. Если сложить для нулевого уровня возбуждения поля энергии всех частот[11], то получится, что наинизшее состояние поля, которое и есть вакуумное, характеризуется бесконечной плотностью энергии. Дело в том, что возбуждаемые частоты могут иметь все значения, в том числе и бесконечно большие. В квантовой электродинамике эта проблема называется «коротковолновой катастрофой».
Хотя энергия вакуумного состояния поля и бесконечно велика, на самом деле, в подавляющем большинстве процессов эта бесконечность сокращается; так как она входит и в конечные состояния и в начальные. Вакуум присутствуют везде равномерно и с одинаковой плотностью, поэтому физические процессы идут относительно этой бесконечной величины и её влияние невозможно заметить.
Но полностью игнорировать её всё-таки нельзя, поскольку нулевые состояния полей влияют на объекты микромира, когда, например, одна заряженная частица находится в электрическом поле другой или по какой-то иной причине испытывает ускорение. Для электрона в поле протона (в атоме водорода) это влияние проявляется в виде Лембовского сдвига[12] энергетических уровней. Но даже и в этом случае бесконечно больших числовых значений физических величин не получается. Дело в том, что эффективно на электрон в атоме действуют не все частоты нулевых полей, а лишь близкие к собственным частотам электрона, поэтому влияние очень высоких частот колебаний нулевого поля очень незначительно и «коротковолновой катастрофы» не случается.
К настоящему времени физики научились учитывать влияние нулевых колебаний, в частности для электромагнитного поля. В 50-х годах прошлого века была создана теория перенормировок[13], более менее удовлетворительно объясняющая каким образом необходимо разбираться с бесконечной энергией поля. Теоретические предсказания и экспериментальные данные согласуются с фантастической точностью: около 10-3 - 10-5 %. Для иных полей подобный учёт гораздо сложнее, например, до сих пор так и не удаётся создать качественную теорию расчёта кварк-глюонных взаимодействий – квантовую хромодинамику (КХД)[14].
В подавляющем большинстве процессов, бесконечная величина вакуумного состояния поля является точкой отсчёта значений физически наблюдаемых величин. Однако есть такие процессы, которые идут не относительно этой точки отсчёта, но учитывают полное значение всей энергии – это процессы гравитационного взаимодействия. Все без исключения микрообъекты подчиняются универсальным законам тяготения, поэтому бесконечная величина плотности энергии теоретически должна приводить к бесконечным значениям физических величин гравитационных эффектов - чего на практике не наблюдается.
Принципиальный выход из противоречия возможен. Дело в том, что мы рассмотрели пока только слагаемое в плотности вакуумной энергии, обусловленное влиянием полей, но в Природе существуют ещё частицы, из которых состоит вещество – фермионы. Учёт вклада этих частиц может спасти теоретические представления.
Вакуумная теория фермионов была предложена П.Дираком[15], он рассматривал электроны, но принципиально модель справедлива для всех фермионов.
Энергия частицы связана с её импульсом следующим выражением:

E2 = p2c2 + m2c4

Если разрешить это уравнение относительно энергии, видно, что её величина может принимать как положительные значения, так и отрицательные (аналогично: решениями уравнения x2 = 1 будут х = 1 и х = - 1).


П.Дирак предположил, что все состояния с отрицательными решениями по энергии образуют вакуум частиц фермионов и уже заполнены, а попасть в эти состояния реальным частицам не даёт принцип запрета Паули. В каждом состоянии может быть только один фермион, в отличие от фермионов, частицы, переносящие взаимодействия – бозоны могут во множестве находиться в одном состоянии[16].
Если мы удалим из вакуумного состояния один фермион, то на его месте останется «дырка». В частности, если удалим электрон, но на его месте также окажется такая «дырка» или вакансия, заряженная положительным электрическим зарядом – противоположным заряду электрона, а все остальные характеристики будут такими же как и у электрона.
Теория П.Дирака блестяще подтвердилась, когда такую «дырку» реально обнаружили в 1932 г[17]. Её назвали позитроном и свойства этой частицы находятся в полном соответствии со следствиями этой теоретической модели.
Электрон может заполнить свободное вакуумное состояние - дырку. Такой процесс называется аннигиляцией и сопровождается рождением двух фотонов. Более того, с точки зрения квантовой механики «дырка» - позитрон может возникнуть спонтанно совместно с электроном, но лишь на время t < h/2E, где Е – энергия каждой частицы пары, включая собственную, «энергию покоя». Это следствие того же самого соотношения неопределённости.
Полная энергия всех вакуумных состояний фермионов также бесконечна, но она имеет отрицательный знак, в отличие от положительной энергии нулевых колебаний полей, поэтому суммарная плотность энергии вакуума будет равна сумме двух бесконечных величин: положительной – плотности энергии полей и отрицательной – плотности энергии частиц вещества. Эта сумма, в принципе, может иметь любое значение, даже нулевое.
Надо отметить, что теория Дирака совершенно симметрична: можно считать «дырками» электроны, а частицами позитроны. Поэтому вакуум электрически нейтрален – нет никакой наинизшей плотности электрического заряда вакуума, а равно как и другой зарядовой плотности: «цветового заряда» сильных взаимодействий, слабого заряда, лептонного и пр., чего нельзя сказать об энергетической плотности.
К настоящему времени делаются многочисленные попытки вычислить плотность энергии вакуума, некоторые приводят даже к каким-то результатам.
В 1998 году было открыто ускоренное расширение Вселенной, если его причиной считать вакуум, то плотность вакуумной энергии должна быть около 10-29 -10-30 гр/см3.
Результаты теоретических вычислений плотности энергии вакуума приводят к совершенно иным значениям, отличающимся от предполагаемой очень сильно - на десятки порядков. Это может быть связано с тем, что мы учитываем только те частицы, которые мы открыли, а сколько их ещё существует – совершенно неизвестно. Более того, те массы частиц, которые мы видим в эксперименте могут не совпадать с реальными массами фермионов, поскольку эти видимые массы также определяются нулевыми колебаниями полей, во взаимодействиях которых фермионы участвуют.

[править] Уравнение состояния физического вакуума

Микро-рассмотрение вакуума позволяет заключить, что это, безусловно, одно из состояний материи, пожалуй, самое непонятное и загадочное, характеризующееся сложностью, которая на феноменологическом уровне нам понятна, но наше мировоззрение не имеет методов позволяющих выявлять её свойства и поведение. Как уже отмечалось, редукция вакуума к чему-то более простому обречена в существующей картине мира на провал. Однако и макроскопическое его описание очень сильно отличается от описания обычной среды в тех же самых терминах.
Макроскопические свойства вакуума также загадочны и удивительны. Как и любая модель распределённой среды, модель вакуума подразумевает уравнение состояние, ограничивающее рамки изменения его макро-параметров. В частности, уравнение состояния должно связывать между собой такие характеристики сплошной среды как плотность энергии и давление. Для идеального газа уравнение состояния называется уравнением Менделеева-Клайперона и может быть записано следующим образом:
LaTeX: p = RT/M \varepsilon,
Где p –давление, ε – плотность энергии, М – молярная масса газа, R – универсальная газовая постоянная, Т – абсолютная температура. Причём плотность энергии – величина, включает только энергию покоя, то есть массы молекул газа, поскольку это уравнение описывает идеальные газы, молекулы которых движутся с относительно небольшими скоростями. В принципе, это уравнение можно переписать в виде:

p = W ε
,

Где W = RT/M – константа, уникальная для каждого идеального газа. Для газа состоящего из фотонов, не имеющих массы и, вследствие этого, движущихся со скоростями света, уравнение состояния имеет вид:

p = 1/3 ε, т.е. W = 1/3
,

Вакуум имеет же совершенно уникальное состояние, а именно такое:

p = - ε, т.е. параметр W = -1
,

Это означает, что вакуум имеет отрицательное давление, строго равное по абсолютной величине его плотности энергии. Это единственно возможное из всех уравнений, которое бы не нарушало принцип инерции – незыблемый фундамент физики, утверждающий:

Движущийся в вакууме объект будет сколь угодно долго сохранять свою скорость постоянной, если на него не действуют никакие силы, или же их действие скомпенсировано.

В этом случае, сопротивление среды движущемуся через него телу, обусловленное наличием у той же среды плотности энергии, будет всегда скомпенсировано давлением самой же этой среды. Правда, это относится только к равномерному и прямолинейному движению, если же, например, электрон движется с ускорением, как это имеет место быть в атоме водорода, то вакуум будет изменять его движение, что, собственно, и наблюдается в эксперименте, как уже упомянутый Лэмбовский сдвиг. Наши привычные представления не связаны с отрицательным давлением среды, нам трудно представить, что, например, наполненный воздухом шарик, будет сжиматься, если мы ещё более наполним его тем же воздухом, будь у последнего отрицательное давление. Хотя, на самом деле, отрицательное давление очень широко распространено в технике, например, растянутая резинка или стальная балка характеризуются отрицательным, внутренним давлением.

[править] Гравитация вакуума

Существовавшее практически до самого конца XVII века представление об исключительности Земли во Вселенной было опровергнуто И.Ньютоном формулировкой Закона Всемирного Тяготения, который утверждал, что движение тел вблизи поверхности Земли, а также планет и всех прочих объектов Вселенной управляется одной и той же причиной. Эта причина – гравитационная сила. Источником этой силы являются непосредственно массы самих тел. Любое тело во Вселенной является источником поля тяготения, которое прямо пропорционально массе тела и обратно пропорционально квадрату расстояния от этого тела до точки, где производится измерение данного поля. Однородная, изотропная, распределённая среда создаёт поле тяготения пропорциональное своей плотности.
В 1915 г. А.Эйнштейн усовершенствовал теорию тяготения в Общей теории относительности (ОТО). Источником тяготения, на самом деле, является не только масса, но также полная энергия и, более того, все энергетические потоки в 4-х мерном пространстве времени. Математическая формулировка означает, что источником поля является не число, определяющее массу или плотность, а некоторое числовое обобщение, называемое тензором энергии-импульса.[18]
Тензор энергии-импульса – это набор из 16 чисел. Эти числа образуют не простую совокупность, а такую комбинацию, что при изменениях систем отсчёта они ведут себя строго определённым образом. Для однородной, изотропной, распределённой среды многие из этих 16 чисел становятся равными нулю и остаются всего четыре величины, одна из которых плотность полной энергии, а три другие представляют из себя поток энергии среды, иначе называемый – давление.
В общей теории относительности для такой среды источником гравитации является величина:

(ε + 3p),

Где ε – плотность энергии, p – давление. То есть, давление однородной и изотропной среды создаёт в три раза больший гравитирующий эффект, нежели плотность среды.
Для вакуума давление отрицательно и по абсолютной величине совпадает с его плотностью энергии, поэтому (ε + 3p) = (ε + 3(-ε)) = -2 ε.
Таким образом вакуум обладает уникальным свойством: он порождает не притяжение, а отталкивание, или антигравитацию.

[править] Вакуум и Вселенная

В 1998 году было обнаружено ускоренное расширение Вселенной [19][20]. Попытки его объяснения сводятся к тому, что во Вселенной (по крайней мере в наблюдаемой её части) господствует космологическая антигравитация, порождаемая чем-то непонятным, что было названо тёмной энергией. Одним из кандидатов на роль тёмной энергии является физический вакуум.

[править] Вакуум и бытие

Сегодня многие оперируют таким понятием как энергия, иногда совершенно обосновано, иногда не к месту. Это связано с такой фундаментальной характеристикой этого понятия, что величина, за ним скрывающаяся, имеет свойство сохранения. (Иногда обоснованность употребления этого термина нельзя объяснить какими-то причинами, кроме как мистическими).
Энергия не может бесследно исчезать, но также не может возникать из ничего. Это представление настолько стало естественным, что вошло органическим компонентом нашего мировоззрения. На самом деле, энергия, имеющая физическое содержание сохраняется вследствие однородности времени – неотличимости друг от друга различным моментов. Если какой-то процесс протекал вчера и сопровождался определёнными характеристиками, то вновь начавшийся сегодня он также будет сопровождаться такими же характеристиками. На самом деле в микромире энергия не сохраняется, она может самопроизвольно возникать в силу вакуумных флуктуаций, но время существования такой энергии ограничено величиной постоянной Планка: t < h/E, где Е – возникающая энергия.
Тот же самый вакуум приводит к несохранению энергии в космологических масштабах. В самом деле, по мере расширения Вселенной, полная энергии обычного вещества и тёмной материи остаётся постоянной, а общее количество энергии вакуума возрастает, поскольку, как мы уже знаем, плотность его энергии всегда постоянна[21]. То есть общая энергии Вселенной всё время растёт и, получается, берётся из «ничего».
Чтобы спасти закон сохранения энергии приходится делать различные предположения. Одно из возможных сводится к тому, что вакуум существовал и до начала времён – Большого взрыва. То есть наш Мир возник и стал расширяться в некую среду, воздействие на которую физических законов нашей Вселенной превращает её в наблюдаемый вакуум, эта среда должна также обладать каким-то энергетически подобным содержанием. Однако это предположение чревато крушением эстетических принципов философии монизма.
На сегодняшний момент предполагается, что в момент Большого взрыва возникла материя в своих трёх возможных категориях: энергетическая составляющая (в виде вещества и полей), пространство-время - содержащее материю и формы существования материи - законы природы. Источником всего бытия должно являться какая-то одна причина, пока неизвестное Начало - самый фундаментальный принцип бытия.
Наличие во Вселенной вакуума заставляет нас пересмотреть основополагающие принципы возникновения сущего. Если, действительно, энергия в космологических масштабах сохраняется, то необходимо предполагать наличие какого-то энергетического содержания в той субстанции, в которую расширяется наша Вселенная, что одновременно наделяет эту субстанцию неким существованием. И, более того, существованием таким, что оно было как-то актуализировано до момента Большого взрыва, а может быть и являлось одной из его причин.
Вероятно, что прошлое, настоящее и будущее нашего Мира определяет не одно фундаментальное начало – появившийся на "сцене" в "первом акте вселенской драмы" универсальный принцип, но и что-то иное, предвечное, бывшее до начала времён. Свойства же вакуума во Вселенной также заставляют предполагать, что второе начало ведёт Вселенную к состоянию полного бытийного покоя, постепенно разрушая последствия первой причины возникновения Мира.

[править] См. также

[править] По материалам

В.П.Гинзбург, В.П.Фролов «Вакуум в однородном гравитационном поле и возбуждение равномерно ускоренного детектора» УФН 153 (633-673) 1987 г.

Я.Б.Зельдович «Теория вакуума, быть может, решает загадку космологии» УФН 133 (479-503) 1981 г.

А.А.Старобинский «Спектр реликтового излучения и начальное состояние Вселенной» письма в ЖЭТФ 30 (719-733) 1979 г.

И.Розенталь, А.Чернин «Вакуум – основная проблема фундаментальной физики» Квант Апрель, 2002 г.

В.Н.Первушин «О физическом вакууме в КХД» ЭЧАЯ 15.5 (1073-1110) 1984 г.

В.А.Рубаков «Физика частиц и космология» УФН 169 (1299-1309) 1999 г.

Н.Н.Латыпов, В.А.Бейлин, Г.М.Верешков «Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. В поисках физических и философских концепций XXI века» 2001 г.

А.В.Берков, И.Ю.Кобзарев «Теория тяготения Эйнштейна. Общие принципы и экспериментальные следствия» М. МИФИ 1990 г.

А.В.Берков, И.Ю.Кобзарев «Приложение теории тяготения Эйнштейна к астрофизике и космологии» М. МИФИ 1990 г.

[править] Примечания

  1. Монада – некая самая простая субстанция в рамках категорийного аппарата мышления не имеющая составных частей.
  2. Р.Фейнман «Фейнмановские лекции по физике» т.1
  3. Считается, что впервые атомная гипотеза была сформулирована древнегреческим философом – Демокритом (годы жизни приблизительно: 460 - 370 гг. до н.э.), который развил атомистические представления своего учителя - Левкиппа.
  4. В настоящее времени под атомами следуют понимать самые наименьшие, далее уже химически неделимые части элементов, являющиеся элементарными носителями его свойств.
  5. В связи с построением теории электро-слабого взаимодействия, фотон и W и Z –бозоны можно считать различными состояниями одной и той же частицы.
  6. Возможны также другие частицы, как, например, гравитино и глюино и пр.– возникающие в конкурирующих на сегодняшний день теоретических построениях.
  7. Под состоянием необходимо понимать, некий полный набор свойств, отличающих одно состояние от другого. В применимости к элементарным частицам – состояние характеризуют такие свойства как: энергия, импульс, положение и пр.
  8. В настоящее время, Принцип Паули не является фундаментальным принципом наших представлений о мире, он есть следствие релятивистской кантовой теории поля.
  9. ’’’Плотность электромагнитного поля’’’ пропорциональна величине Е2 + Н2, где Е – напряжённость электрического поля, Н – напряжённость магнитного поля.
  10. Такая зависимость изменения полей во времени приводит к тому, что в уравнения полей входят производные по пространственным координатам
  11. Как известно из математического анализа сумма для непрерывно изменяющейся величины является интегралом.
  12. Лэмбовский сдвиг изменение наблюдаемый значений энергии уровней электрона в атоме водорода относительно вычисленных теоретически, без учёта радиационных поправок квантовой электродинамики.
  13. Её создатели: Р.Фейнман, Д. Швингер и С. Томонага получили за создание этой теории Нобелевскую премию в 1965 г. Таким образом, квантовая электродинамика стала общепризнанной.
  14. Квантовая хромодинамика – теория, призванная объяснить сильные взаимодействия кварков и глюонов внутри таких частиц как, например, протоны. Квантовая электродинамика объясняет взаимодействия между электрически заряженными электронами посредством обмена электромагнитным полем – фотонами. Роль электронов в КХД играют кварки, а роль фотонов – глюоны – специальные «сильновзаимодействующие поля», получившие своё название от английского слова glue – клей, поскольку это они «склеивают» три кварка и удерживают их внутри протона.
  15. Научные труды П.А.М.Дирака
  16. Надо заметить, что теория Дирака – модель, выводы которой согласуются с экспериментом, однако положения её могут подвергнуты критике, поскольку совершенно не ясно, почему состояния с отрицательной энергией заполнены вплоть до нулевого, и какова причина выделенности нулевого значения.
  17. C.D. Anderson, «The Positive Electron», Phys. Rev. 43, 491 (1933)
  18. Тензорные величины широко распространены в физических теориях, например, напряжение в твёрдых телах является тензорной величиной, поскольку его значение определяет силу, действующую перпендикулярно к различным плоскостям, проходящих через точку. Величина вектора силы зависит от пространственной ориентации плоскости. Также тензорной величиной является момент инерции, играющий роль массы при вращательных движениях тел.
  19. Adam G. Riess et al Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological, 1998 The Astronomical Journal 116 1009
  20. Perlmutter S. et al. Measurements of Ω and Λ from 42 High-Redshift Supernovae Astrophys. J 517 565 (1999)
  21. Полная энергия вакуума собственно есть плотность его энергии, умноженная на объём им занимаемый. Объём же постоянно увеличивается.
Личные инструменты
Пространства имён
Варианты
Действия
Навигация
Инструменты