24 099 subscribers

Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?

5,7k full reads
7,2k story viewsUnique page visitors
5,7k read the story to the endThat's 79% of the total page views
4 minutes — average reading time
Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?

Если задать человеку вопрос: «Что такое вакуум?», то первое, что приходит на ум – пустота, безжизненное пространство, где абсолютно ничего нет. Слово «вакуум» в переводе с латинского действительно означает «пустоту», но так ли вакуум пуст, как кажется на первый взгляд?

Согласно общепринятому определению, вакуум – это пространство, свободное от вещества. В настоящий момент в науке выделяется несколько видов вакуума:

Технический вакуум – это газовое пространство с крайне низким давлением. Если выразиться проще – это воздушная среда, в которой давление ниже, чем атмосферное. Полного отсутствия вещества в заданном объёме почти нереально добиться, так как любая установка будет откачиваться насосом, и всё равно, сколько мощным бы он ни был, в ней останется некоторое количество газов, которое даже сверхмощный насос всё равно не вытянет. В связи с этим технический вакуум подразделяется ещё на несколько видов:

- низкий вакуум

- средний

- высокий

- сверхвысокий

Сверхвысокий вакуум – это настолько пустое пространство, насколько это только возможно технически, но, опять же, не доведённое до абсолюта. Даже в сверхвысоком вакууме атомы не останутся в полном одиночестве и, рано или поздно, будут сталкиваться друг с другом и взаимодействовать (если так подумать, нигде, даже в вакууме сверхвысоком, абсолютного покоя не найдёшь!).

Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?

Физический вакуум – данное понятие есть в квантовой физике, оно обозначает пространство с энергией, приближённой к нулевому значению. Этот вид вакуума особенно интересен. В таком энергетическом состоянии квантовое поле, находящееся в пространстве, лишённом вещества, обладает нулевым импульсом. Вроде бы всё звучит так, будто здесь ничего не может быть, однако физический вакуум опять не является абсолютной пустотой, о чём нам говорит квантовая теория поля: в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы, а это создаёт нулевые колебания полей.

Космическое пространство (космический вакуум) – лучший образец физического вакуума, хотя даже он не является совершенством абсолютной пустоты: и в межзвёздном пространстве обязательно найдётся несколько атомов на 1 см/3. Кроме этого, в космосе повсюду блуждают фотоны – свидетели реликтового излучения, а также реликтовые нейтрино, которые пока никому не удалось обнаружить.

Природа вселенской пустоты: что такое вакуум?

Вещество в условиях космического вакуума всё же намного более разреженное, чем любой вакуум, который только под силу создать человеку, причём порой даже в космическом пространстве атомов может быть в миллионы раз меньше, чем в какой-нибудь земной экспериментальной лаборатории. Всё это в космосе будет зависеть от того, где мы начнём искать вакуум – это зависит от расстояния до различных объектов (звёзд, планет, туманностей, галактик).

Идеального вакуума в космосе нет, нет этой пугающей абсолютной пустоты. Казалось бы, стоило бы поискать её между галактик, но галактики не являются одиночками и живут в скоплениях, как например, известное гигантское скопление галактик в созвездии Девы, в котором обитает свыше 1300 галактик! Протяжённость этой дружной семьи составляет 15 миллионов световых лет в диаметре. Поэтому, в поиски вакуума, пустого настолько, насколько это возможно, приведут нас только в пространство между скоплениями галактик, но и там всё равно хоть один атом на кубический метр да попадётся.

Скопление галактик в Деве
Скопление галактик в Деве
Скопление галактик в Деве

Поражает тот факт, что атомы в вакууме, будучи изолированными от своих «сородичей», ведут себя совершенно иначе, чем когда рядом с ними ещё что-то есть. Атомы веществ, находясь «в полном одиночестве», могут отдавать энергию в виде кванта света. Если рядом с ними будет другой атом, то эту энергию он может забрать себе, так и не позволив первому отдать эту частичку света пространству. Вот так влияет окружение и окружающая среда!

Галактическое скопление
Галактическое скопление
Галактическое скопление

А теперь самое интересное: тех, кто так хотел найти абсолютную пустоту, абсолютно пустой вакуум, я всё-таки разочарую, так как про сам вакуум нельзя сказать, что это «ничто». Если мы вспомним квантовую физику, то с её точки зрения вакуум – это минимальное состояние энергии, присущее какому-либо пространственно-временному отрезку. Именно, минимальное! Значит, что-то там всё-таки есть, а что? Виртуальные частицы рождаются и умирают (поэтому и называются они виртуальными – не успели появиться, как тут же исчезли, ведь им неоткуда брать свою массу и энергию для дальнейшего существования). Любопытно только вот что: откуда они рождаются? Что их порождает? Кто, так называемый, их родитель? Выходит, что это сам вакуум, свойство которого и заключается в их рождении и скорой гибели. Сам по себе вакуум, в итоге, это один огромный организм, в котором постоянно что-то рождается, а что-то умирает. Чему-то суждено выжить, если рядом есть другие атомы и частицы и дать жизнь впоследствии уже чему-то новому, а что-то так и исчезает, и не факт, что навсегда. Можно даже предположить, что мы, и всё, что вокруг нас – и есть следствие непрерывных процессов, происходящих в вакууме.