150146 (Виртуальные процессы. Вакуум как третья форма материи), страница 2

Тем самым была установлена универсальность корпускулярно-волнового дуализма для обеих форм материи – и для вещества, и для поля. В настоящее время дифракция микрочастиц – электронография и нейтронография – широко используется для установления и анализа кристаллической структуры твёрдых тел и материалов.

3. Вакуум – третья форма материи

Обычно вакуум представляется как пустота, то, что остаётся после того, как убрать все частицы и кванты полей. Однако в микромире. Дело обстоит не столь просто. Согласно соотношению неопределённостей E t h за короткое время t h \ E может происходить рождение и аннигиляция пары частица-античастица с общей массой m = E \ c . Этот процесс является виртуальным и происходит за счёт неопределенности энергии на микровременах. Виртуальные частицы всё время возникают и исчезают в вакууме, так и не проявляясь как реальные частицы и находясь за пределами возможностей макроскопического наблюдения с его также макроскопическими приборами. Слово “может” здесь не должно особенно смущать никого в том смысле, что “может – да, а может – нет”. В силу бесконечных свойств и связанных с этим бесконечных возможностей природы в ней происходит всё, что не запрещено её законами или принципами. Значит, и непрерывное рождение и аннигиляция виртуальных частиц обязательно будут происходить в плотном соответствии с принципом неопределённости. И вместо альтернативы “да – нет” остаётся твёрдое “да”. Известный астрофизик И.Д. Новиков назвал это состояние “кипением” вакуума, которое остаётся в пустоте при удалении всех реальных частиц и квантов, физических полей. Удалить или каким – либо способом прекратить это кипение невозможно. Эти виртуальные процессы, или квантовые флуктуации вакуума, просто обязаны происходить вследствие того, что принцип неопределённости открывает возможности для их осуществления. Конечно, возможности открывает не сам принцип – они коренятся в особенностях структуры материи на микроуровне – принцип лишь описывает, выявляет эти особенности и возможности. “Кипящий” вакуум – это наинизшее возможное энергетическое состояние всех полей.

Как ни странным может показаться, но, несмотря на всю его виртуальность, “кипение” вакуума можно наблюдать. Правда, не впрямую, а лишь по косвенным признакам, но, тем не менее, вполне определённо. Существуют две таких возможности. Во-первых, виртуальные частицы могут взаимодействовать с частицами- переносчиками взаимодействий, что обязательно скажется на характеристиках взаимодействия: в первую очередь, изменится энергия взаимодействия. Во-вторых, достаточно сильное электромагнитное поле может растащить возникшие в вакууме виртуальные частицы (например, электрон и позитрон) в разные стороны, сообщая им реальную энергию, не позволяя слиться и превращая их тем самым в реальные частицы. И впервые, и вторые процессы наблюдаются.

Как всегда в науке, решение одних вопросов вызывает появление новых. Так же произошло и с кипящим вакуумом. Если виртуальные частицы с чем-то взаимодействуют, то этому взаимодействию должна соответствовать какая-то плотность энергии, а, следовательно, должна появиться и некоторая плотность массы, p = E \ c . В таком случае движение любого тела в вакууме должно сопровождаться появлением вакуумного, или “эфирного” ветра, т.е. потока массы, набегающего на движущееся тело. Ни в каких опытах подобный ветер обнаружен не был. Поскольку все изложенные до сих пор свойства вакуума, за исключением “ветра”, согласуются с действительностью и подтверждаются в экспериментах, то следует и этот факт ввести в схему вакуума так, чтобы он тоже укладывался в неё без противоречий. Это потребовало приписать вакууму довольно необычные свойства. В нём вместе с плотностью энергии появляется натяжения, подобные натяжениям, возникающим в твёрдом теле при растяжении. Эти натяжения эквивалентны отрицательному давлению – Р. В обычных средах давление и натяжения составляют малую долю полной плотности энергии (включающей массу покоя). В вакууме отрицательное давление по абсолютной величине равно плотности энергии: -Р = Е. Поэтому когда наблюдать начинает двигаться, на него будет набегать поток энергии, связанный с плотностью энергии Е, и, кроме того, поток энергии, связанный с отрицательным давлением –Р. Эти потоки отличаются по знаку и поэтому точно компенсируют друг друга. В результате никакого ветра не будет. (1).

По существу, вакуум представляет собой третью, скрытую форму материи, которая в обычных условиях малых энергий никак себя не проявляет, т.к. не взаимодействует ни с полями, ни с веществом. Видеть или ощущать какой-либо материальный объект – значит взаимодействовать с ним путём обмена полями (например, светом, как при видении) или веществом (как при ощущениях, основанных на химических реакциях, например, обонянии). Человек как вещественно-полевая структура, не взаимодействует с вакуумом, не чувствует его и воспринимает его как пустоту, на фоне которой существует сам человек и весь окружающий его материальный, а точнее, - вещественно-полевой мир. Это же относится и к другим объектам нашего мира. Для всех них обычные энергии взаимодействий слишком ничтожны для того, чтобы в них вскрылась материальность вакуума. Он остаётся вещью в себе, закрытым для нашего проникновения, ничего не содержащим, пустым. Однако в тех случаях, когда в малом объёме сосредоточивается большая энергия, т.е. когда плотность энергии становиться достаточной, из этого “ничего” вдруг начинают появляться частицы вместе со своими античастицами – происходит реакция рождения пар. Этот процесс идёт как в природе, так и в специальных установках, предназначенных для получения высоких концентрации энергии и служащих человеку для излучения свойств элементарных частиц и их превращений.

Заключение

В свое время никто не сомневался в том, что вакуум — это просто «ничто», пространство, полностью лишенное какой-либо материи. Своеобразная арена, на которой разыгрываются все происходящие в природе вещественные процессы.

Но этим, на первый взгляд таким естественным, самим собой разумеющимся представлениям суждено было со временем претерпеть весьма серьезные изменения. Сперва выяснилось, что полной пустоты в природе не существует. Ее нет даже там, где совершенно отсутствует какое бы то ни было вещество. Любая область пространства всегда заполнена если и не веществом, то какими-либо другими видами материи — различными излучениями и полями (например, магнитными или полями тяготения).

Но даже с такой поправкой пространство все еще оставалось просто гигантским вместилищем, содержащим бесчисленное количество материальных объектов.

Однако вскоре выяснились еще более поразительные вещи. Представьте себе на минуту, что нам каким-то образом удалось совершенно опустошить некоторую область пространства. Изгнать из нее все частицы, излучения и поля. Так вот, даже в этом случае все равно осталось бы «нечто». Определенный запас энергии, который у вакуума нельзя отобрать никакими способами.

Обнаружились и вовсе «крамольные» факты. Оказалось, что вакуум способен рождать элементарные частицы, рождать вещество…

Мало того: с самим вакуумом могут происходить различные физические превращения: он способен взаимодействовать с чем-то и даже сам с собой.

Список используемой литературы

1. Зынь В.И. Концепции Современного естествознания. Физика. Самара, СамГТУ, 2000