4.5. Физический вакуум.

В современной физике считается, что роль фундаментальной материальной основы мира выполняет физический вакуум, который представляет собой универсальную среду, пронизывающую все пространство.

Физический вакуум – это такая непрерывная среда, в которой нет ни частиц вещества, ни поля, и вместе с тем он является физическим объектом, а не лишенным всяких свойств «ничто».

Непосредственно физический вакуум не наблюдается, в экспериментах наблюдается лишь проявление его свойств.

Принципиальное значение для решения проблемы вакуума имели работы английского физика, лауреата Нобелевской премии 1933 г. Дирака.

Теория Дирака открыла путь к преобразованиям вакуума, в которых прежнее «ничто» обращалось во множество пар «частица — античастица».

Вакуум у Дирака представляет собой море электронов с отрицательной энергией, образующих однородный фон, который не влияет на протекание в нем электромагнитных процессов.

1. Мы не наблюдаем электроны с отрицательной энергией именно потому, что они образуют сплошной невидимый фон, на котором происходят все мировое события. Наблюдаемыми могут быть только изменения состояния вакуума, его «возмущения».

2. Когда в море электронов попадает богатый энергией световой квант — фотон, то он вызывает возмущение и электрон с отрицательной энергией может перескочить в состояние с положительной энергией.

В 1932 г. его теория была экспериментально подтверждена американским физиком К.Д. Андерсоном. Он обнаружил в космических лучах след неизвестной ранее частицы, по всем параметрам тождественной электрону, но имеющей заряд противоположного знака. Эта частица была названа позитроном.

Заслуга П. Дирака заключалась в том, что он разработал релятивистскую теорию движения электрона, предсказавшую позитрон, аннигиляцию и рождение из вакуума электронно-позитронных пар.

Стало ясно, что вакуум обладает сложной структурой, из которой могут рождаться пары: частица + античастица.

Одной из особенностей вакуума является наличие в нем полей с энергией, равной нулю, и без реальных частиц.

Дальнейшие исследования квантовой физики были посвящены изучению возможности появления из вакуума реальных частиц, теоретическое обоснование которой дал Э. Шрёдингер в 1939 г.

Квантовая физика доказала, что в вакууме в скрытом виде присутствуют частицы и античастицы, а квант энергии проявляет пару «электрон — позитрон», дает ей наблюдаемое проявление в мире.

В первой половине XX в. в физике были разработаны два подхода к пониманию нового уровня физической реальности — физического вакуума. Теории разные по своей природе, которые давали разные представления о нем:

квантовая теория П. Дирака

вакуум, оставаясь нейтральным, представлял собой своего рода «кипящий бульон», состоящий из виртуальных частиц — электронов и позитронов.

общая теория относительности А. Эйнштейна

вакуум рассматривался как пустое четырехмерное пространство, наделенное геометрией Римана.

Для того чтобы объединить два различных представления о вакууме, А. Эйнштейном была выдвинута программа, получившая название единой теории поля. Но найти это поле и создать единую теорию поля А. Эйнштейну так и не удалось.

В настоящее время концепция физического вакуума выделяет три различных состояния:

1. абсолютный, который представляет собой безграничное (пустое) однородное и изотропное псевдоевклидово пространство;

2. первично возбужденный, представляющий собой первичную торсионную поляризацию вакуума (первичные поля инерции);

3. возбужденный, представляющий собой материальные объекты, находящиеся в потенциальном (возможном) состоянии.

В основном состоянии абсолютный вакуум имеет нулевые средние значения момента импульса и других физических характеристик и в невозмущенном состоянии ненаблюдаем. Разные состояния вакуума возникают при его флуктуациях.

По словам академика Г.И. Наана, «вакуум есть все, и все есть вакуум».