вакуум природа что такое
Что такое физический вакуум?
Под физическим вакуумом понимается не тот «технический вакуум», который образуется в результате откачивания воздуха из какого-либо сосуда, а особое состояние материи. Физический вакуум – это среда, которая фактически заполняет мировое пространство и с ней тесно связаны его фундаментальные физические свойства.
В каждой точке пространства каждое мгновение физический вакуум рождает частицы и античастицы, которые тут же аннигилируются, испуская световые кванты, которые в свою очередь мгновенно поглощаются. В частности, было установлено, что родившийся из вакуума электрон может существовать как реальная частица лишь в течение всего 10 в – 22 степени секунд. За это время он никак не может «проявить себя», то есть вступить во взаимодействие с какой-либо другой реальной частицей. Выяснилось также, что электрон в силу некоторых фундаментальных законов микромира никогда, ни при каких обстоятельствах не может находиться в состоянии покоя – отнять у электрона всю энергию невозможно, при любых условиях он будет находиться в движении, дрожать.
Исследование последних лет позволяет считать, что во многих отношениях физический вакуум ведёт себя подобно сверхпроводнику. Сверхпроводимость – это особое состояние некоторых металлов (при низких температурах), при котором полностью исчезает сопротивление. Из теории физиков С. Вайнберга и А. Салама следует, что в физическом вакууме могут возникать коллективы частиц, находящихся на нижнем энергетическом уровне – так называемый конденсат. При этом обнаружилось поразительное обстоятельство: от того сколько «скрытых» частиц в таком коллективе, зависят физические характеристики реальных частиц, например, их масса.
Но самое важное состоит в том, что та скрытая от наших глаз форма материи «физический вакуум» способна при некоторых условиях рождать вещественные частицы без нарушения законов сохранения. Подобные условия могут складываться как под воздействием внешних сил, скажем, мощных полей тяготения или электромагнитных полей, так и «спонтанно», самопроизвольно.
Московский физик и математик Л. В. Лесков высказал предположение о том, что в нашей Вселенной, наряду с миром материальных объектов существует особая разновидность физического вакуума – «меон», обладающая свойствами особого «информационного пространства».
В 1978 известный московский физик Н. И. Кобозев высказал предположение, что в атомно-молекулярных структурах нейронных сетей головного мозга человека существует своеобразный вакуум, состоящий из особых сверхлёгких частиц – «психонов». Именно эти частицы воспринимают информацию, поступающую из внешнего мира, и передают её мозгу. В результате этого процесса и возникают такие удивительные явления, как интуиция, озарения и тому подобные феномены.
Существует несколько теоретических концепций, описывающих явления, происходящие в физическом вакууме. Одна из них разрабатывается российскими физиками А. Е. Акимовым и Г. И. Шиповым. В её основе лежит предположение о существовании «абсолютного вакуума», обладающего свойствами кривизны и кручения. Эти учёные изучают так называемые торсионные взаимодействия и торсионные поля, возникающие при вращении и кручении различных материальных объектов.
Источник информации книга В. Н. Комарова «Тайны пространства и времени»
Вакуум природа что такое
Теперь, когда мы выяснили, что вместо потенциальной энергии работает энергия гравитационного поля, а вместо кинетической энергии существует энергия физического вакуума, настало время разобраться с этими понятиями: вакуумом и полем. А также необходимо понять, как именно вакуум и поле взаимодействуют с веществом. Потому что лишь после выяснения главных особенностей взаимодействия этих трёх субстанций друг с другом можно надеяться, что нам удастся разработать промышленные технологии свободной энергетики. Начнём с вакуума.
В науке под словом «вакуум» понимают две совершенно разные вещи. И чтобы не путаться в понятиях, часто добавляют то или иное прилагательное. Технический вакуум — это отсутствие воздуха или его пониженное давление. Физический вакуум — это своеобразный фундамент, на котором покоится и эволюционирует Вселенная. В настоящей статье под «вакуумом» будет подразумеваться всегда второе понятие, хотя добавление «физический» может часто опускаться. Дать абсолютно точное исчерпывающее понятие физвакууму в принципе невозможно, потому что физвакуум — это некий аналог материи. Но можно постараться определить эту субстанцию через его свойства. Я делаю это следующим образом: физвакуум — это особая среда, формирующая пространство Вселенной, имеющая огромную энергию, участвующая во всех процессах и видимым проявлением которой является наш материальный мир, но она не видима нами по причине отсутствия у нас нужных органов чувств и потому кажется нам пустотой. У тех физиков, кто занимается квантовой механикой и элементарными частицами, никаких сомнений в реальности физвакуума нет, так как его существование подтверждается такими хорошо известными явлениями, как эффект Казимира, эффект Лэмба, уменьшение эффективного заряда быстро движущегося электрона, квантовое испарение чёрных дыр и т.д. Официально считается, что физвакуум обладает минимально возможной энергией, поэтому извлечь из него энергию и преобразовать её в полезную работу невозможно. Однако при этом не учитывается, что в физвакууме всегда имеют место флуктуации, энергия которых оказывается намного выше среднего уровня. Вот за счёт этих флуктуаций мы сможем превратить вакуум в источник неограниченной энергии. Также официально считается, что физвакуум проявляет себя лишь на уровне микромира, а на уровне макромира он себя проявить не может. Однако эффект Казимира и предсказанное Стивеном Хокингом испарение чёрных дыр свидетельствуют об обратном.
Моё мнение по этому поводу следующее: все теоретические споры о формах и возможностях проявления физвакуума следует отложить на будущее, когда мы будем разбираться в этих вопросах намного лучше, а сегодня необходимо исходить только из фактов. Факты же показывают, что энергию извлекать из вакуума можно (см. предыдущую статью «Парадоксы энергии»). Но если продолжать оставаться на официальных позициях о невозможности извлечения энергии, тогда для объяснения приведённых в предыдущей статье энергетических парадоксов придётся идти на нарушение закона сохранения энергии. При этом оказывается, что физвакуум работает на всех мыслимых уровнях: микроуровне (элементарные частицы), макроуровне (наши железки и аппараты) и мегауровне (планеты, звёзды, галактики).
К сожалению, идея физического вакуума используется в основном в квантовой механике и теории элементарных частиц, а также немного в астрофизике, но в других разделах физики она почти не известна. По этой причине многие физические феномены остаются необъяснёнными или объясняются совершенно неправильно. Например, инерция. Что такое инерция — до сих пор не ясно. И ни в одном справочнике или учебнике физики мы не найдём определения данному явлению. Более того, существование инерции вступает в противоречие с третьим законом механики (действие равно противодействию). Согласно этому закону, когда некий объект действует на другой с некоторой силой, всегда возникает новая сила, направленная противоположно от второго объекта к первому: сила тяжести лежащего на основании предмета и противоположно направленная сила реакции основания, сила притяжения электрона к источнику электромагнитного поля и противоположно направленная сила притяжения поля к электрону и т.д. А вот для инерции такой противосилы не существует. Когда автобус резко тормозит, возникает сила инерции и мы под её действием падаем вперёд, но при этом никакой противосилы найти не удаётся. По этой причине иногда инерционные силы пытаются объявить иллюзорными, фиктивными. Однако если сторонник такой точки зрения в резко тормознувшем автобусе набьёт себе большую шишку на голове, насколько эта шишка будет иллюзорна и фиктивна?
Если же предположить, что инерция является сопротивлением физического вакуума, все противоречия и неясности исчезают. Можно предложить хорошую аналогию между инерцией и сопротивлением корабля в воде. Когда корабль рассекает водную среду, он деформирует её и заставляет отдельные объёмы воды двигаться в сторону, то есть прилагает к этим объёмам вполне определённую силу. Как следствие, возникает противосила, которая стремится остановить корабль, чтобы исключить всякую деформацию водной среды. Мы наблюдаем эту противосилу в форме трения. При этом неважно, как именно движется корабль — ускоренно, равномерно, замедленно — но отбрасываемый им в сторону объём воды движется всегда ускоренно, поэтому работа над ним всегда производится и сила сопротивления возникает всегда в полном соответствии с законами механики.
Очень похожая картина возникает при инерции. Когда мы сидим в автомобиле и давим на педаль газа, мы движемся ускоренно и деформируем физвакуум своим неравномерным движением. А он в ответ создаёт силы противодействия в форме инерции, которые тянут нас назад, чтобы нас остановить и тем самым исключить вносимую в вакуум деформацию. Для преодоления сопротивления вакуума приходится выполнять значительную работу, что проявляется в повышенном расходе топлива. Последующее равномерное движение не деформирует физвакуум и он сопротивления не оказывает, поэтому расход топлива оказывается заметно ниже. Торможение автомобиля снова деформирует вакуум и он снова создает силы сопротивления в форме инерции, которые тянут нас вперёд, чтобы оставить в состоянии равномерного прямолинейного движения и тем самым исключить появление новой деформации. Но на этот раз уже не мы совершаем работу над вакуумом, а он над нами и отдаёт нам свою энергию, которая выделяется в форме тепла в тормозных колодках автомобиля.
Однако есть и отличия между сопротивлением корабля в воде и появлением инерции в ускоряющемся автомобиле. Вода не может пройти сквозь корпус корабля и потому она всегда отбрасывается кораблем в сторону. Следовательно, и трение корабля в воде существует также всегда. А вот физвакуум корпусом автомобиля в сторону не отбрасывается, а свободно проходит сквозь него, поэтому взаимодействовать с содержимым автомобиля может лишь при его неравномерном движении.
Такое ускоренно-равномерно-замедленное движение автомобиля является не чем иным, как единичным тактом колебательного движения большой амплитуды и низкой частоты. На стадии ускорения предмета над вакуумом производится работа и ему передаётся некоторая энергия Е1. На стадии замедления уже вакуум производит работу над предметом и отдаёт ему энергию Е2. Одинаковы ли эти энергии? Если вакуум не обладает собственной энергией, то одинаковы. Но так как он обладает собственным громаднейшим потенциалом, отданная энергия Е2 может оказаться больше принятой энергии Е1. Насколько больше — зависит от условий ускорения и торможения. Подбирая правильные условия, мы может добиться того, чтобы вторая энергия оказалась намного больше первой. И тогда мы получаем возможность построить самый настоящий вечный двигатель 2го рода на вакуумной энергии. В статье «Парадоксы энергии» я писал об этом, приводя примеры столкновения болванки с мишенью.
Движение по окружности также является неравномерным. Хотя численное значение скорости при таком движении может не меняться, зато постоянно меняется положение вектора скорости в пространстве. По этой причине вращательное движение предмета также деформирует физвакуум, а он в ответ реагирует на это созданием центробежной силы, которая всегда направлена так, чтобы распрямить траекторию вращения и сделать её прямолинейной, в этом случае всякая деформация исчезает. По третьему закону механики не только физвакуум действует на вращающийся предмет центробежной силой, но и предмет действует на вакуум центростремительной силой. Под действием центростремительных сил вакуум устремляется с периферии предмета к его оси вращения, здесь отдельные потоки сталкиваются друг с другом, разворачиваются на 90 градусов (разворачиваются по той же самой причиной, почему разворачиваются две сталкивающиеся водные струи) и вылетают вдоль оси вращения с обеих сторон. Но если предмет вращается равномерно, не меняя своей скорости, тогда эти вылетающие из него вакуумные потоки также движутся почти равномерно. И потому практически не взаимодействуют с материальными объектами. Хотя из-за наличия окружающей вакуумной среды эти потоки слегка тормозятся и потому некоторое взаимодействие всё же происходит, но оно настолько слабо, что обнаружить его можно лишь сверхчувствительными приборами. Например, с помощью так называемой вертушки Лебедева, представляющей из себя лёгкую турбинку с лопастями, одна сторона которых выполнена зеркальной, а другая окрашена в чёрный цвет.
В прошлом физвакуум называли эфиром. Считалось, что эфир отвечает за распространение световых волн. Однако как ни пытались американские физики Майкельсон и Морли зафиксировать наличие эфира в своих экспериментах, успеха они не добились. На основании отрицательного результата данного эксперимента учёные того времени объявили эфир не существующим, а Альберт Эйнштейн создал свою специальную теорию относительности (СТО). Но когда через десять лет он приступил к созданию общей теории относительности (ОТО), он снова заговорил об эфире. Однако джин уже был выпущен из бутылки и общее мнение об отсутствии эфира осталось непоколебленным.
Тем не менее, нашлись еретики от науки, которые не согласились с общим мнением и продолжали считать эфир реально существующим. Одним из них был знаменитый физик и инженер Никола Тесла. Во всех своих построениях и гипотезах он исходил из идеи эфира. Этим и объясняются его невероятные успехи, многие из которых даже сегодня никто повторить не может. Другим еретиком был английский физик Поль Дирак, который математически обосновал идею некой всепроникающей среды, ответственной за рождение элементарных частиц, и существование которой следовало с железной необходимостью из некоторых эффектов квантовой физики. За что впоследствии он был удостоен Нобелевской премии и перестал считаться еретиком. Но так как старое название «эфир» было скомпрометировано, пришлось искать новое название. Вот так и появилось понятие физического вакуума. Если сегодня спросить об эфире и физвакууме учёного, полностью стоящего на официальных позициях, он ответит, что эфира не бывает, зато физвакуум существует.
Но обратим внимание вот на какую вещь: в самом общем смысле эфир и физвакуум являются одним и тем же. Действительно, что такое эфир? Это некая всепроникающая среда, которая отвечает за распространение световых волн. А что такое физвакуум? Это некая всепроникающая среда, которая отвечает за рождение элементарных частиц. И в том, и в другом случае наиболее общим в данных определениях является постулирование всепроникающей среды. А распространение света и рождение элементарных частиц — это уже свойства данной среды. Маловероятно, что имеются две совершенно разных всепроникающих среды, имеющих разные свойства. Для меня это равносильно заявлению, что существуют две совершенно разных разновидности железа, одна из которых отвечает только за свойства теплопроводности, а другая — только за свойства упругости. Более вероятным кажется ситуация, когда эта всепроникающая среда отвечает и за перенос световых лучей, и за рождение элементарных частиц, и за многое иное.
Но почему же Майкельсон и Морли потерпели неудачу в своих попытках фиксации эфира? Ответ оказывается элементарно прост. Потому что в полном соответствии с законами физики эфир лишь тогда взаимодействует с материальными предметами и потому поддаётся обнаружению (точнее, не с самим предметами, а с создаваемыми ими полями), когда его движение относительно предметов является неравномерным. Но при равномерном движении или его отсутствии взаимодействия не происходит и физвакуум оказывается принципиально не наблюдаем. В эксперименте Майкельсона-Морли измерительная установка покоилась относительно планеты. А эфир или физвакуум, обладая определённой массой и гравитацией, притягивается к Земле и создаёт вокруг неё оболочку повышенной плотности, которая перемещается в пространстве вместе с планетой как единое целое. То есть эта оболочка также оказывается неподвижной относительно планеты. Иными словами, эфир и измерительная установка у американских физиков были неподвижны относительно друг друга. Естественно, что они потерпели неудачу в своих попытках.
Для того чтобы зафиксировать наличие эфира, надо либо сам эфир заставить двигаться неравномерно относительно измерительной установки, либо установку двигать неравномерно относительно неподвижного эфира. И такой опыт проделал французский физик Саньяк в 1912 году. Его установка состояла из четырёх зеркал, установленных в углах правильного квадрата, причём вся эта конструкция вращалась с некоторой скоростью v. Предполагалось, что для луча света, движущегося в направлении вращения, скорость будет составлять c = c0+v, а для луча, летящего в противоположном направлении, она окажется равной c = c0-v. И эти лучи при сложении нарисуют нужную интерференционную картинку. Саньяк всегда получал устойчивый положительный результат. Если бы этот эксперимент был выполнен до того, как Майкельсон и Морли приступили к своим опытам, он мог бы служить блестящим доказательством в пользу существования эфира. Но он был выполнен намного позже, когда физики в массе своей уверовали, будто эфира не бывает. Поэтому Саньяк признания у физиков не нашёл. А через два года разразилась мировая война и внимание общественности переключилось на иные проблемы. В итоге о результатах Саньяка просто забыли.
Какова внутренняя структура эфира-физвакуума, из чего он состоит? Ещё до второй мировой войны физики проделали такой опыт. Они пропускали гамма-кванты через тонкую свинцовую мишень и замеряли рассеяние квантов на атомах свинца. В большинстве случаев гамма-излучение отклонялось атомами в стороны, но иногда физики фиксировали вылет из мишени пары электрон+позитрон. Наличие электрона можно было объяснить его выбиванием из атома свинца. Но откуда брался позитрон, ведь в атомах его нет? Этот эффект тогда объяснили через преобразование гамма-излучения в пару частица-античастица. Сегодня мы можем дать иное более правильное объяснение: из-за высокой плотности свинца (и значит, повышенной напряженности создаваемой мишенью собственного гравитационного поля) физвакуум стягивается внутрь мишени и здесь его плотность становится выше, чем в окружающем пространстве, а потому растёт вероятность взаимодействия гамма-излучения с квантами вакуума. Взаимодействуя с вакуумом, гамма-излучение разбивает его кванты на осколки, которые мы воспринимаем в форме частицы и античастицы. Поэтому можно сказать так: мы не знаем в точности, из чего состоит физвакуум или эфир, но чисто условно можно представлять его структуру, как вложенные друг в друга частицы и античастицы. А от такого представления остаётся всего один шаг до постановки простого эксперимента по обнаружению эфира и постройки генератора, извлекающего из эфира энергию.
Может оказаться, что феномен «тёмной материи», о котором сегодня спорят астрофизики, также обусловлен эфиром-физвакуумом. По крайней мере, чисто теоретически получается, что похожий эффект должен иметь место. Когда эфир-физвакуум стягивается к космическому объекту его гравитацией, здесь он образует оболочку повышенной плотности, а вдали от объекта плотность физвакуума становится несколько меньше. Происходит то, что я называю возникновением мегафлуктуации вакуума. Как следствие, отдаленные предметы (планеты вокруг Солнца или галактические рукава вокруг галактического центра) начинают притягиваться к центральному объекту не только его собственной гравитацией, но также гравитацией созданной мегафлуктуации. Внешне это будет проявляться как возникновение дополнительной невидимой массы. И в Солнечной системе подобный эффект, похоже, действует. Я имею в виду аномально высокое торможение американских космических аппаратов «Пионер» и «Вояджер», которые, начиная с пересечения орбиты Нептуна, вдруг стали тормозиться заметно сильнее, чем это допускалось расчётами. Если такое торможение обусловлено утечками топлива или иной чисто технической причиной, тогда торможение было бы различным для разных аппаратов. Но оно одинаково для всех. Следовательно, оно обусловлено некоторой внешней причиной, не связанной с самим аппаратами. Если эфирная мегафлуктуация Солнца кончается на уровне орбиты Нептуна, тогда выйдя за её пределы, американские аппараты стали притягиваться к Солнцу не только его массой, но также массой данной мегафлуктуации.
Нам осталось совсем немного — выяснить, что же такое гравитационное поле? Моя гипотеза такова: любое поле — это та или иная разновидность деформации физвакуума. Если физвакуум состоит из некоторых квантов (вложенные друг в друга частица+античастица), то вполне вероятно, что эти кванты затем соединяются в нити, составляющие пространство. А любую нить можно деформировать четырьмя различными способами: 1)нить можно растянуть, создав продольную деформацию; 2)нить можно изогнуть, создав поперечную деформацию; 3)нить можно закрутить, создав крутильную деформацию; 4)можно изменить взаимное расположение составляющих квантов, не изменяя положение нити в целом. Поперечной деформации должно соответствовать электромагнитное поле (вспомним, что такое электромагнитное излучение — это волна, которая колеблется в поперечном к вектору скорости направлении). Крутильной деформации должно соответствовать новое, так называемое торсионное поле, вокруг которого в последнее время идут жаркие баталии. И тогда продольной деформации должно соответствовать гравитационное поле. А четвертому виду деформации должны соответствовать резонансные колебания. Если я прав в своих предположениях, тогда существуют четыре основных способа извлечения энергии из физвакуума, соответствующие четырём основным видам деформации через три поля и резонанс. Обо всех этих способах я буду писать по отдельной статье.
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДЕ ВАКУУМА
СОВРЕМЕННЫЕ ПРЕДСТАВЛЕНИЯ О ПРИРОДЕ ВАКУУМА
Можно утверждать, что во всей современной фундаментальной науке одной из самых сложных и вместе с тем исключительно важной является проблема вакуума. По сложности она не уступает проблеме исследования свойств и структуры вещества.
Отказ от представлений о вакууме, как о пустоте является концептуальным положением современной физики. Внедрение в сознание студентов этого положения можно осуществить, используя исторический аспект, показывая, как основные положения учения о вакууме постепенно формировались у основоположников современной физики.
Интуитивно люди всегда не воспринимали идею абсолютной пустоты. Поэтому, когда экспериментально были обнаружены электромагнитные волны, то был введен в обращение эфир, заполняющий все мировое пространство. Электромагнитное поле стало рассматриваться как следствие возмущения эфира. Однако эксперимент и теория не подтверждали существование эфира.
Затем одновременно с созданием квантовой теории электромагнитного поля и электромагнитных взаимодействий было введено понятие физического вакуума как «моря» виртуальных частиц. Эта идея была предложена Дираком как вариант объяснения одного из решений квантовомеханического волнового уравнения. Частицы этого «моря» полностью заполняют все энергетические уровни в области отрицательных энергий и поэтому в обычных условиях ничем не заявляют о своем существовании. Но в настоящее время идея Дирака представляет лишь исторический интерес и не применяется в теории вакуума.
Физический вакуум всегда определялся как наинизшее энергетическое состояние квантовых полей. Каждому виду микрочастиц согласно квантовой теории соответствует свое волновое поле. Каждая элементарная частица соответствует возбужденному состоянию соответствующего поля.
Так как те скалярные поля, которые используются при построении теории вакуума, не принято изучать в курсах общей физики, и тем более в школе, то, в качестве примера, будет уместным при объяснении материала о вакууме сослаться на знакомое многим аналогичное понятие. В данном случае можно вспомнить о том скалярном потенциале, который связан с напряжением в цепи электрического тока.
Хорошо известное электрическое поле появляется в окружающем пространстве только тогда, когда этот скалярный потенциал неодинаков в разных точках пространства, или если он изменяется со временем. (Вектор напряженности электрического поля определяется через градиент скалярного потенциала.) Если бы в любой точке Вселенной электростатический потенциал был одним и тем же, то никто не смог бы обнаружить указанное скалярное поле. Для неподготовленного человека это поле воспринималось бы просто как иное состояние пустоты, или как состояние вакуума.
Скалярные поля, которые определяют вакуум, заполняют Вселенную и проявляют себя тем, что могут воздействовать на свойства элементарных частиц.
Основная идея, лежащая в процедуре динамической генерации массы, заключается в предположении, что скалярные поля являются нелинейными. Если поле нелинейное, то оно способно взаимодействовать само с собой.
Пояснить нелинейный характер поля можно на примере гравитационного поля. Согласно классической теории тяготения Ньютона гравитационное поле нескольких массивных тел равно сумме гравитационных полей, создаваемых каждым телом в отдельности. Но в соответствии с общей теорией относительности при вычислении такого гравитационного поля нужно еще учесть и гравитационную энергию их взаимного притяжения. Но эта энергия зависит от взаимного расположения масс и меняется при их движении. Этим объясняется нелинейный характер гравитационного поля, которое на самом деле не равно сумме полей, создаваемых каждой массой в отдельности, а является сложной функцией положений и скоростей всех масс.
В настоящее время утверждается идея, что вакуум является характеристикой самого пространства-времени. Принято считать, что сложная структура физического вакуума определяется слоистой геометрией пространства-времени, причем пространство-время может иметь внутреннюю дискретную микроскопическую структуру.
Можно отметить, что скалярные поля определяют энергетические характеристики взаимодействий, тогда как векторные поля характеризуют силовые величины взаимодействий, и именно они ответственны за расслоение пространства-времени.
Исследования взаимодействий элементарных частиц показало, что при электромагнитных взаимодействиях совокупность соответствующих слоев пространства-времени способна находиться в недеформированном состоянии. При слабых и сильных взаимодействиях соответствующие слоистые структуры пространства-времени деформируются, причем, деформированное состояние этих структур является энергетически выгодным.
Одним из основных постулатов физики микромира является принцип неопределенности. В соответствии с этим принципом для квантовых полей можно использовать представление о нулевых колебаниях. Нулевые колебания существуют в каждой точке пространства и могут взаимодействовать с любыми элементарными частицами. Например, в опытах Лэмба и Резерфорда сдвиг энергетических уровней электронов в атомах водорода как раз и обусловлен взаимодействием электронов с нулевыми колебаниями вакуума.
Разные состояния квантовых силовых полей вследствие суперпозиции могут непрерывно переходить друг в друга. Эти переходы сопровождаются мощными квазилокализованными флуктуациями большой амплитуды. Флуктуации непрерывно рождаются и исчезают, но среднее число их в каждой области пространства и в каждый момент времени остается неизменным. Такие состояния слоистых структур возникают даже в тех областях пространства, где нет материи в обычном понимании. Они имеют определенные энергетические характеристики. Эти структуры называют вакуумными конденсатами.
Конденсат скалярного поля – это специальный термин, который появился в физике после создания квантовой теории поля.
Что скрывается за этим термином, можно пояснить, если рассмотреть образование бозонного конденсата.
Все элементарные частицы можно разбить на две большие группы, различающиеся по величине спина. Одни частицы обладают полуцелым спином и называются фермионами, а другие обладают целым спином и называются бозонами.
В отличие от фермионов, для которых справедлив принцип Паули, взаимодействующие бозоны стремятся занять одно положение в фазовом пространстве и обладать одинаковыми энергетическими характеристиками. В этом случае физики говорят об образовании бозонного конденсата.
По всем основным характеристикам конденсат скалярного поля подобен вакууму виртуальных частиц, и поэтому он называется состоянием вакуума скалярного поля.
Важно отметить, что исследования вакуумных конденсатов связаны с ответом на вопрос о природе масс нуклонов.
Вакуумные флуктуации, которые в обычных условиях нестабильны, могут быть стабилизированы при взаимодействии с кварковыми конфигурациями. В результате такой стабилизации образуются реальные барионы и мезоны. В итоге можно сказать, что все частицы материи приобретают свои массы за счет взаимодействия с вакуумным конденсатом и что вакуум можно считать системой, порождающей материю. Частицы можно рассматривать как возбуждения вакуума.
В качестве подтверждения этого положения можно привести следующие рассуждения. В состав нуклонов, как известно, входят по три кварка типа u и d. Если подсчитать суммарную массу трех кварков типа u и d, то получим величину, которая составляет не более 2 % от массы нуклона. В то же время, согласно экспериментальным исследованиям внутренней структуры нуклонов, на энергию движения кварков внутри нуклонов приходится менее половины массы нуклона. Поэтому получается, что энергия, затраченная на перестройку вакуума, составляет почти половину массы нуклона. Следовательно, напрашивается вывод о том, что действительно структура вакуума определяет природу массы нуклонов. Для пи-мезона эта энергия составляет почти всю его массу. Это объясняется тем, что пи-мезон рассматривается как квантовая волна в вакуумном конденсате.
Можно сказать, что масса \(W^<\pm>\) и \(Z^<\circ>\) бозонов определяется их взаимодействием с одной из подсистем вакуума, известной как хиггсовский конденсат. В 1964 году шотландский физик Питер Хиггс предположил, что существует некое не известное тогда науке скалярное поле. П. Хиггс впервые предложил ввести в теорию представление о спонтанном нарушении вакуумной симметрии. Хиггсовский конденсат соответствует деформации пространственно-временных слоев и имеет определенные энергетические характеристики.
Квантами волнового возбуждения хиггсовского конденсата являются хиггсовские бозоны.
Нужно отметить, что хиггсовский конденсат не является единственной подсистемой, определяющей свойства вакуума. Кроме хиггсовского конденсата имеется еще одна подсистема, которая называется кварк-глюонным конденсатом. Кварк-глюонный конденсат – это система сильно взаимодействующих кварковых и глюонных флуктуаций. Глюонный конденсат порождается флуктуирующим глюонным полем. В свою очередь, глюонный конденсат индуцирует появление кваркового конденсата, и при этом из вакуума извлекаются сильно взаимодействующие и сильно скоррелированные между собой кварковые флуктуации. В итоге образуется кварк-глюонный конденсат как совокупность всех этих кварковых и глюонных вакуумных флуктуаций.
Обе вакуумные подсистемы – хиггсовский конденсат и кварк-глюонный конденсат – вносят примерно одинаковый вклад в величину массы нуклона.
В настоящее время развертывается экспериментальный поиск хиггсовского бозона. Уровень наших знаний о природе вакуума вселяет уверенность, что скалярные частицы, свойства которых напоминают свойства хиггсовских бозонов, будут открыты.
Можно добавить, что в связи с последними наблюдательными открытиями в космологии теперь широко проводятся актуальные исследования также и космического вакуума. Материал о космическом вакууме непременно должен рассматриваться как составная часть учения о вакууме.
Литература
1. Латыпов Н.Н., Бейлин В.А., Верешков Г.М. Вакуум, элементарные частицы и Вселенная. – М.: Изд-во МГУ, 2001. – 232 с.
2. Клапдор-Клайнгротхауз Г.В., Цюрбер К. Астрофизика элементарных частиц. – М.: Изд. ред. журн. УФН, 2000. – 495 с.
3. Архангельская И.В., Розенталь И.Л., Чернин А.Д. Космология и физический вакуум. – М.: КомКнига, 2006. – 216 с.
4. Сажин М.В. Современная космология в популярном изложении. – М.: Едиториал УРСС, 2002. – 240 с.