proatom.ru - сайт агентства ПРоАтом
Авторские права
  Агентство  ПРоАтом. 28 лет с атомной отраслью!              
Навигация
· Главная
· Все темы сайта
· Каталог поставщиков
· Контакты
· Наш архив
· Обратная связь
· Опросы
· Поиск по сайту
· Продукты и расценки
· Самое популярное
· Ссылки
· Форум
Журнал
Журнал Атомная стратегия
Подписка на электронную версию
Журнал Атомная стратегия
Атомные Блоги





PRo IT
Подписка
Подписку остановить невозможно! Подробнее...
Задать вопрос
Наши партнеры
PRo-движение
АНОНС

Вышла в свет книга Б.И.Нигматулина и В.А.Пивоварова «Реакторы с тяжелым жидкометаллическим теплоносителем. История трагедии и фарса». Подробнее 
PRo Погоду

Сотрудничество
Редакция приглашает региональных представителей журнала «Атомная стратегия»
и сайта proatom.ru.
E-mail: pr@proatom.ru Савичев Владимир.
Время и Судьбы

[14/09/2005]     Физический вакуум

Физический вакуум В.Ф. Гершанский, профессор кафедры теоретической и математической физики Новгородского государственного университета им. Ярослава Мудрого, д. ф. н., e-mail: gvf@novsu.ac.ru

Идея пустого абсолютного пространства – «физического вакуума» возникла при осознании, из чего состоит и откуда произошел окружающий Мир. Следы этой идеи можно найти в самых древних источниках. Различные физические и философские школы по-разному относились к понятию пустоты. Согласно квантовой физике пустота – вакуум – сложнейший объект, целый мир, самое сложное из всего, с чем до сих пор приходилось иметь дело физике, один из самых основных его объектов: как особая материальная среда, один из видов материи. Речь идет о «физическом вакууме», вещественном, материальном и, не исключено, что существуют онтологически другие миры (идея множественности возможных миров) с различным вакуумом (принцип неисчерпаемости материи), и, может быть, наш мир один из них.

Характерная черта квантово-полевых представлений о вакууме – учет его сложной структуры, многообразных форм его активности, имеющих, однако, потенциальную природу и требующих для своего проявления вмешательства энергетического фактора. Знаменитый древнегреческий мыслитель Фалес Милетский, который первым попытался разложить мир на исходные стихии – элементы, был убежден, что абсолютной пустоты в мире быть не может: любая, даже самая малая его часть заполнена водой. Демокрит же, напротив, считал пустоту истинной первоосновой мира, на фоне которой как раз и проявляется вся сложность наблюдаемых нами вещей и явлений. Только пустота, учил он, позволяет телам двигаться в пространстве. Если бы все вокруг было чем-то заполнено, то им некуда было бы перемещаться. Сжатие тоже требует пустоты. Демокрит подчеркивал диаметральную противоположность полного и пустого, атомов и пустоты. Пустоты нет, возражал ему Платон. Тела движутся, заменяя собой заполняющую все пространство среду. Это подобно вращению колеса: одна часть его замещает другую, и нигде нет разрывов. Подобная точка зрения была характерна и для ньютоновской механики. Более того, такие мыслители, как Аристотель, Декарт, Лейбниц вообще отрицали существование в природе пустоты. Эта философская традиция косвенно проявилась в электродинамической модели мира Фарадея-Максвелла и классической динамике с ее понятием классического поля.

В физических теориях последнего времени понятие о «физическом вакууме» как о «потенциальном бытии», обладающем высокой степенью хаотичности и неопределенности, используется в качестве субстанции (в относительном, номиналистическом смысле), флуктуации которого детерминируют известные виды физической реальности. Потенциально (виртуально) «физический вакуум» содержит всевозможные частицы и состояния, которые могут из него породиться при наличии соответствующих условий. П. Дирак представлял «физический вакуум» в виде «моря», «фона» из бесконечного множества реальных антиэлектронов (позитронов), заполняющих всевозможные состояния с отрицательной энергией. Реалистическая интерпретация заключается в том, что «физический вакуум» в современном понимании состоит из виртуальных квантовых объектов, в координатном представлении – из виртуальных частиц, в состояниях с положительной энергией. Он принципиально наблюдаем: лэмбовский сдвиг и аномальный магнитный момент объясняются взаимодействием электрона в атоме водорода с «физическим вакуумом». Таким образом, «физический вакуум» обнаруживает себя через малые вакуумные поправки к известным электромагнитным взаимодействиям, так называемые радиационные поправки в фейнмановском взаимодействии.

Однако, несмотря на то, что актуально «физический вакуум» ничего не содержит, он содержит как бы все потенциально. Поэтому, вследствие наибольшей общности, «физический вакуум» может претендовать на статус онтологической основы всего многообразия объектов и явлений в мире. Тогда в этом смысле, «пустота» – самая содержательная и онтологически наиболее фундаментальная сущность. Такое понимание «физического вакуума» позволит признать реальность существования его не только в теории, но и в Природе. Существует проявленное бытие – в виде наблюдаемого вещественно-полевого мира, а также существует непроявленное бытие – в виде «физического вакуума», который можно будет рассматривать как самостоятельную физическую сущность и ее необходимо изучать. Таким образом, образно говоря, «физический вакуум» – это наиболее универсальный и фундаментальный вид реальности из известных в настоящее время, который проявляется на уровне фазовых переходов в виде виртуальных состояний всевозможных квантовых частиц и процессов. Не исключено, что Вселенная (а возможно, и множество других вселенных) порождена из «физического вакуума» в результате спонтанного нарушения его симметрии. Если это так, то «физический вакуум» является объединяющим началом и источником существования бесконечного множества всевозможных миров. Этот, по сути, исходный и фундаментальный статус «физического вакуума» может стать основой обобщающей парадигмальности. Существует и продолжает появляться много новых представлений о вакууме (о существовании несимметричного вакуума, о множестве вакуумов и т.д.), но основная идея остается в силе.

Современные представления о «физическом вакууме» в квантовомеханическом подходе как о неопределенном, потенциальном, чрезвычайно сложном проявлении бытия с трудом укладываются в узкие рамки макроскопического научного языка. Возникает противоречие в представлениях, когда световая волна распространяется в космической среде – «физическом вакууме», и если там ничего нет, тогда она не сможет распространяться. Поэтому сам факт распространения световой волны говорит о том, что такая среда – это все же не пустота в смысле нематериального небытия, а какая-то особая светоносная, материальная субстанция (например, электромагнитный эфир). Субстанция до того тонкая, что проникает сквозь стенки сосудов и ее, в отличие от воздуха, в принципе нельзя откачать. Декарт считал, что сосуд может быть пустым, когда в нем нет воды, но на самом деле там остается воздух. Если теперь из кажущегося пустым сосуда убрать и воздух, в нем опять что-то должно остаться – это и есть эфир. Но тогда эта заполняющая все пространство субстанция должна мешать движению небесных тел, которое веками остается неизменным, хотя для того, чтобы передавать световые волны эфирная среда должна обладать весьма значительной плотностью. Однако ни в одном эксперименте не удается зарегистрировать «эфирный ветер».

Ответ был найден квантовой механикой в двадцатых годах двадцатого века, однако, с позиции макроцентризма. Оказалось, что движение каждой отдельной световой частицы, фотона настолько сложно и прихотливо, что с определенной вероятностью ее можно обнаружить в самых различных точках пространства. Строгие закономерности проявляются лишь при рассмотрении большого числа фотонов. И вот статистически, в среднем, световые частицы распределяются в пространстве таким образом, что их поведение выглядит как распространение волны. Поодиночке каждый фотон – частица, корпускула, а в совокупности они – волна. И никакой эфирной среды для этого не требуется, квантовые законы, описывающие поведение света, прекрасно действуют и в «физическом вакууме». Было предпринято много попыток построить нестатистическую, строго детерминированную теорию микропроцессов. Этой проблемой занимались многие выдающиеся физики. Сам Эйнштейн до конца жизни был убежден в том, что такая теория должна существовать, и пока она не создана, задача физики остается невыполненной. Однако опыт показывает, что чем глубже в микромир, тем отчетливее проявляется статистический характер происходящих там явлений. Причина этого в том, что в макроцентрическом подходе к исследованию микромира приходится иметь дело с «проекциями» реального (в определенном смысле с «тенями» Платона), поэтому следует перейти от макроцентризма к немакроцентризму, т.е. ввести понятия о микропричинности, микропространства-времени, микронаблюдателе, микродвижении, микросистемы отсчета и т.д.

С позиций философского гилодинамизма не существует никакого нематериального, «внемирового» фактора, который налагал бы определенные ограничения на многообразие явлений и связей Мира. Отсюда и вытекает своеобразный космический принцип: или в Мире нет места для реального явления, или же существует возможность реализовывать всевозможные явления и связи (или все, или ничего). Первый тезис альтернативы явно противоречит фактам, тогда как второй может быть с ними согласован. К этому необходимо добавить, что и первый тезис вовсе не будет абсурдным, если его связать с существованием «физического вакуума» (или некоторого множества вакуумов). Другая альтернатива может осуществиться в двух вариантах: либо также для случая «физического вакуума» (поскольку в нем как «потенциальном бытии» могут сосуществовать самые различные виды объектов), либо для случая реального бытия, охватывающего все многообразие реализовавшихся в природе возможных миров. Таким образом, данный принцип (все или ничего), примененный к случаю «физического вакуума», по сути дела, теряет характер жесткой альтернативы: противоположности как бы переходят друг в друга.

Что же касается вопроса о причинах существования Вселенной, то его, по-видимому, невозможно понять без дальнейшего анализа природы «физического вакуума» и квантовых флуктуаций фазовых переходов. Не исключено, что причиной возникновения других вселенных является неустойчивость «физического вакуума», ибо в теориях Великого объединения наиболее симметричная фаза Вселенной оказывается нестабильной. С современной точки зрения, самое симметричное состояние материи – это «физический вакуум». Случайно образовавшаяся из «физического вакуума» часть менее симметричной фазы материи будет иметь меньшую симметрию и более низкую энергию, в связи с чем, она неизбежно станет разрастаться. Высвобождающаяся энергия используется в процессах рождения частиц. Не исключено, что Вселенная возникла в результате рождения частиц из «физического вакуума» при поляризации его гравитационным полем, которое порождается этими же частицами («самосогласованная модель Вселенной»), при полном соблюдении фундаментальных законов сохранения. В случае замкнутой Вселенной гравитационный дефект массы приводит к тому, что полная масса и энергия Вселенной равны нулю. В случае «нейтральной» Вселенной равен нулю и ее электрический заряд. Следовательно, ее возникновение из «физического вакуума» не противоречат законам сохранения электрического заряда и энергии. Согласно теориям Великого объединения, барионный заряд не сохраняется. Следовательно, нет ни одного известного закона сохранения, который препятствовал бы возникновению Вселенной из «физического вакуума». Очевидно, однако, что высказывания такого рода нельзя понимать слишком буквально. Фактически в них ставится важная проблема дальнейшего развития и обобщения понятия «физический вакуум» как субстрата, природа которого еще лишь становится предметом изучения современной физики и философии. Как бы то ни было, обнаруживается особая важность понятия «физического вакуума», его правильной интерпретации для понимания физической реальности и для научного мировоззрения. Становится актуальной задача «выведения» и интерпретации важнейших физических понятий (а может быть, и некоторых понятий других наук) в рамках своего рода физико-вакуумной модели мира.

Слова «огонь, мерцающий в сосуде» можно использовать в качестве наглядного образа того, что происходит в «физическом вакууме», т.е. в «пустом» пространстве, находящемся между частицами. Как известно, в «пустоте» (вакууме) непрестанно «мерцают» различные поля, непрерывно рождаются и исчезают частицы. Это мерцание «физического вакуума» влияет на движение частиц и обнаруживается на опыте. И обратно, частицы, внесенные в «физический вакуум», изменяют его свойства и могут вызвать перестройку «физического вакуума», подобную фазовому переходу вещества, например, из жидкого состояния в твердое. Современная квантовая механика допускает, что «физический вакуум» может приходить в «возбужденное состояние», вследствие чего в нем может образоваться поле, а из него – вещество. Так, рождение Вселенной из «физического вакуума» в результате «случайной флуктуации» может означать ее возникновение из возбужденного вакуума. Флуктуации представляют собой появление виртуальных частиц, которые непрерывно рождаются и уничтожаются, но также участвуют во взаимодействиях, как реальные частицы. Тогда из-за наличия флуктуаций «физический вакуум» приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах.

Проблема состоит в том, чтобы, оставляя «физический вакуум» в статусе физической сущности, не подходить к его изучению с механистических позиций. Создание непротиворечивой теории «физического вакуума» (вернее процессов, происходящих во время фазовых переходов «физического вакуума» в виде собственно поля и вещества) потребует новых идей, далеко выходящих за рамки традиционных подходов. Содержание «физического вакуума» можно, в принципе, представить как континуум сверхтекучей, сверхпроводимой квантовой жидкости, в которой нет общепринятых понятий о пространстве и времени. Однако реальность такова, что в рамках квантовой физики теория фазовых переходов «физического вакуума» не состоялась. Становится все более очевидным, что «зона жизни» теории фазовых переходов «физического вакуума» должна находиться за пределами квантовой физики и, скорее всего, ей предшествовать. По всей видимости, квантовая теория должна быть следствием и продолжением теории фазовых переходов «физического вакуума», коль скоро «физическому вакууму» отводится роль наиболее фундаментальной физической сущности, роль основы материального Мира. Будущая теория фазовых переходов «физического вакуума» должна удовлетворять принципу соответствия и естественным образом переходить в квантовую теорию.

Однако на фундаментальные вопросы, касающиеся свойств и структуры мира, раз и навсегда данного, окончательного ответа не существует. Любой ответ оказывается приближенным и рано или поздно требует дальнейшего уточнения. Более того, представления, казавшиеся ранее взаимоисключающими, на новом, более глубоком уровне знаний часто оказываются тесно связанными, даже выражаются одно через другое. В принципе, и жизнь земного типа может возникать во Вселенной бесконечное число раз. Однако из сверхплотного состояния вакуума не обязательно должна возникнуть Вселенная именно с макропространством-временем (три пространственных измерения и одно временное) и набором фундаментальных постоянных (наличие тонкой подстройки), присущих материальному Миру (например, зарядами элементарных частиц, гравитационной постоянной и т.п.). Скорее всего, число измерений пространства и времени, а также значения фундаментальных постоянных в каждой области Вселенной могут быть и иными.

Таким образом, несмотря на то, что «физический вакуум» является столь парадоксальным объектом, он все увереннее становится предметом изучения физики и философии. В то же время, по причине его непрерывности, традиционный подход, основанный на модельных представлениях, для «физического вакуума» неприменим. Поэтому науке и философии предстоит найти принципиально новые методы его изучения. Выяснение онтологической природы «физического вакуума» позволит сущностно по-иному взглянуть на многие физические явления в физике элементарных частиц и в астрофизике. Получается так, что вся видимая Вселенная и темная материя находятся в ненаблюдаемом, непрерывном «физическом вакууме». Поэтому обозначенный субстрат, возможно, генетически предшествует физическим полям и веществу, он порождает их, и тогда вся Вселенная будет жить по законам «физического вакуума», которые науке пока еще не известны.

Сказанное не следует понимать так, будто «физический вакуум» является «первородной субстанцией», универсальным видом физической реальности. С точки зрения современной физики и научной модели Мира, он с одной стороны является умозрительным конструктом, а с другой – может актуально и потенциально выступать как наиболее общий и фундаментальный вид реальности. Возможно, что будущие научные модели Мира разовьют дальше понятие «физического вакуума», не отказываясь от его понимания как особо сложной реальности, неисчерпаемой по своим потенциям.

Журнал "Атомная стратегия" № 18, август 2005 г.  

 
Связанные ссылки
· Больше про Физики и Мироздание
· Новость от PRoAtom


Самая читаемая статья: Физики и Мироздание:
Падают ли тела на Землю с одинаковым ускорением?

Рейтинг статьи
Средняя оценка работы автора: 4.25
Ответов: 8


Проголосуйте, пожалуйста, за работу автора:

Отлично
Очень хорошо
Хорошо
Нормально
Плохо

опции

 Напечатать текущую страницу Напечатать текущую страницу

"Авторизация" | Создать Акаунт | 1 Комментарий | Поиск в дискуссии
Спасибо за проявленный интерес

Re: Физический вакуум (Всего: 0)
от Гость на 20/04/2009
Структура вакуума открыта при исследовании факта образования масс электрона и позитрона энергией 1,022 МэВ гамма–кванта. Рождение электрон-позитронных пар гамма–квантами (в камере Вильсона, помещённой в магнитное поле для разделения треков электрона и позитрона) впервые наблюдали Ирен и Фредерик Жолио-Кури  в 1933 году, а также Патрик Блэкетт, получивший в 1948 за это и другие открытия Нобелевскую премию по физике. Сейчас установлено [1,2], что структура вакуума есть источник гравитации, инерции, источник рождения всех масс микро частиц  волн Де Бройля и источник электромагнетизма, известного в науке и на практике. Наша Вселенная не может существовать и нормально функционировать без этой структуры.
Астрофизики после 1998 года подтвердили, что Вселенная обладает скрытыми (без излучения) «тёмными» энергией и материей. Открытие структуры вакуума дает основу для понимания указанных «тёмных» сущностей Вселенной. Основанием для такого утверждения является неразрывная связь гравитации и антигравитации, ответственной за «тёмную» энергию. Структура вакуума имеет электромагнитный характер и образована кристаллической решёткой с элементарными зарядами в её узлах величиной
(+.–)1,602176462е-19 кулон и потоками магнитной индукции между зарядами величиной Ф=4,8032042е-18 Вебер [1,2]. Решётка с размером элемента 1,3987631е-15 м  выполняет роль «тёмной» энергии,  поток магнитной индукции выполняет роль «тёмной» материи.

Литература
  1. А.В. Рыков Вакуум и вещество Вселенной//Изд. Рестарт, М.; 2007, 160 с.
  2. A.V. Rykov. Nature of Gravitation, arXiv.org >Physics > General Physics (Submitted on 18 Dec 2001), 7 p.
Анатолий Рыков.




[ Ответить на это ]






Информационное агентство «ПРоАтом», Санкт-Петербург. Тел.:+7(921)9589004
E-mail: info@proatom.ru, Разрешение на перепечатку.
За содержание публикуемых в журнале информационных и рекламных материалов ответственность несут авторы. Редакция предоставляет возможность высказаться по существу, однако имеет свое представление о проблемах, которое не всегда совпадает с мнением авторов Открытие страницы: 0.05 секунды
Рейтинг@Mail.ru