Продолжение цикла статей про вакуум и вселенную. Предыдущая статья здесь.
Второе открытие, запланированное
Этому, не запланированному, открытию требовалось подтверждение лабораторным экспериментом. И такой эксперимент был выполнен.
В 2011 году «физики впервые зарегистрировали динамический эффект Казимира, что было признано главным открытием года. Энергию флуктуаций вакуума удалось превратить в реальные частицы (в частности, фотоны), т.е. удалось извлечь энергию из вакуума». // Ученые из Чалмерса создают свет из вакуума.
Выделяя главные открытия 2011 года, журнал Nature поставил на первое место обнаружение динамического эффекта Казимира.
«Динамический эффект предполагает «развиртуализацию» фотонов при быстром (релятивистском) движении зеркал. Понятно, что чисто механическим способом повторить такую схему невозможно. Согласно теоретическим выкладкам, схожее явление можно было бы наблюдать, если бы удалось разогнать зеркало в вакууме до скорости света (в идеале).
В ходе движения его поверхность поглощала бы энергию виртуальных частиц, а затем испускала бы её в виде реальных фотонов. Но провести этот опыт непросто. Пер Делсинг (Per Delsing) и его коллеги из технологического университета Чалмерса решили проблему, используя СКВИД (сверхпроводящий квантовый интерференционный магнитометр). Эти сверхпроводящие квантовые интерферометры крайне чувствительны к воздействию магнитного поля. Видоизменив СКВИД должным образом, физики получили своего рода зеркало, которое под воздействием изменяющегося магнитного поля начало колебаться с частотой несколько миллиардов раз в секунду. В результате «зеркало» двигалось со скоростью эквивалентной 5% скорости света.
Этого оказалось достаточно для того, чтобы наблюдать динамический эффект Казимира: СКВИД испускал поток микроволновых фотонов, причём их частота была равна половине частоты колебания «зеркала». Именно такие данные предсказывала квантовая теория». // Физики впервые зарегистрировали динамический эффект Казимира.
«... возникающие из вакуума пары виртуальных частиц при достаточно большой скорости (зеркал) могут разделяться и превращаться в реальные частицы за счёт полученной от зеркала энергии…. был получен аналог зеркала, колеблющегося со скоростью ≈ 5 % от скорости света. Было отмечено появление дополнительных микроволновых фотонов. Это излучение состояло из двух коррелированных мод с разными частотами, что свидетельствовало об его квантовом происхождении из расщепившихся пар виртуальных фотонов — в согласии с теоретическими расчетами для динамического эффекта Казимира». // Динамический эффект Казимира. arXiv:1105.4714
Физики из США и Японии повторили наблюдения появлений пар микроволновых фотонов по подобной методике: экспериментально зарегистрирован динамический эффект Казимира.
Передача кинетической энергии тел космической среде.
Передача кинетической энергии виртуальным частицам - это физически означает торможение зеркал о флуктуации вакуума и является прямым доказательством того, что в среде вакуума происходит торможение тел. Чем больше скорость, тем больше потеря кинетической энергии за единицу времени.
Слово д.ф.-м.н. Сергею Борисовичу Алеманову (доклад в МГУ 26.09.2014, 11.02.2015):
«Квантовые флуктуации вакуума… могут тормозить космические аппараты из-за того, что движущееся тело «толкает» флуктуации вперед … Так как все частицы (тела) в квантовой физике представляют волны де Бройля, то очевидно, что и расчеты необходимо производить, исходя из квантово-волновых представлений. Выведена эмпирическая формула диссипации в среде космического вакуума кинетической энергии за один период колебания волны де Бройля λ= h/p:
Wt = H · h · c / v, Дж – это декремент потери энергии в одной волне де Бройля в вакууме,
где H - постоянная Хаббла, h - постоянная Планка, c - скорость света, v - скорость частицы (тела).
Например, если частица (тело) массой в 1 грамм (m = 0.001 кг) летит со скоростью 10000 м/c (с кинетической энергией 50000 Дж) в течение 100 лет (t = 3155760000 сек), то волна де Бройля (λ= h/p) совершит число колебаний r/l = v·t/l = v·t·p/h = t·m·v^2 /h = 4.76 × 10^47,
соответственно, диссипация кинетической энергии составит
Wd = t·m·v^2/h • H·h·c/v = H·c·v·t·m = H·c·p·t = H·c·r·m = 22.7 Дж,
где r - пройденный путь r = v·t, p - импульс p = m·v, l - длина волны l = h/m·v.
При этом скорость снизится до 9997.7 м/с, а «красное смещение» волны де Бройля будет z = (10000 м/c − 9997.7 м/c) / 9997.7 м/c = 0.00023.
Из формулы видно, что диссипация кинетической энергии прямо пропорциональна массе и пройденному расстоянию Wd = H·c·r·m, а также импульсу и времени Wd = H·c·p·t, - чем больше импульс, тем больше потеря энергии за единицу времени. Например, тело массой в 1 килограмм при прохождении расстояния в 1 метр теряет кинетическую энергию
Wd = H · c · r · m = 7.2·10^-10 Дж.
Соответственно, сила сопротивления движению равна
Fd = H · c · m = 7.2·10^-10 Н,
а величина (ускорения) торможения
а = c × H = (7.2 ± 0.36)·10^-10 м/с^2 .
Такая же величина торможения получена экспериментально в точке 60 а.е. от Солнца в результате исследования эффекта «аномалии Пионеров» (ссылка на первую статью). Т.е. формула Wt = H · h · c/v - рабочая, расчёты совпадают с экспериментальными данными и ею можно пользоваться.
При таком торможении получается, что если тело движется со скоростью 1 м/с, то оно остановится через t = v/(c × H) = 44 года, пройдя расстояние
r = v^2 / (2·c·Н) = 700 000 км, снижение скорости - 0.025 м/с за год.
Не бывает кинетической энергии без волн де Бройля, поэтому они связаны с любой движущейся частицей, т.е. кинетическая энергия представляет волну де Бройля. У реальных волн де Бройля (не волн вероятности), так же как и у всех физических волн, частота колебаний равна v/λ .
Если возникают трудности с определением скорости движения, то достаточно преобразовать формулу, заменив в ней скорость на волну де Бройля – λ = h/(m·v):
Wt = H·h·c/v = H·λ·m·c.
Получается, диссипация кинетической энергии за один период колебания волны де Бройля равна произведению длины волны де Бройля на постоянную Хаббла, массу и скорость света. Т.е. отпадает вопрос относительности движения, достаточно знать длину волны де Бройля. Формулу можно считать точной, так как вычисляется всего один период колебания. То, что в формуле присутствуют только самые необходимые переменные и нет ничего лишнего, указывает на её фундаментальность. Удивительная по своей простоте формула
Wt = H·h·c/v
- это настоящий переворот в представлениях о свойствах среды физического вакуума.
C помощью этой формулы можно рассчитывать космологическое красное смещение и торможение космических аппаратов».
Замечание 1.
1) Область применения формулы ограничена, она содержит сингулярность: при скорости тела стремящейся к нулю, потеря энергии (и сила торможения) стремится к бесконечности. За этим фактом скрыты иные свойства вакуума.
2) Возникает вопрос: «Если в космическом вакууме происходит потеря кинетической энергии, то почему не наблюдается торможение планет?»
Видимо, большие массы планет увлекают с собой физический вакуум, что значительно снижает торможение о флуктуации» – это одно из следствий формулы Wt = H·h·c/v.
Следствие 3:
Поглощение в среде космического вакуума кинетической энергии частиц с малой массой (космическая пыль, отдельные молекулы и атомы) легко просчитывается. Результаты расчётов совпадают с результатами эксперимента. Следовательно, мелкие частицы и небольшие космические тела вплоть до малых астероидов тормозятся в среде космического вакуума (см. рисунок ниже) и в масштабе космического времени относительно среды они становятся неподвижными. Если наблюдается их перемещение, то, следовательно, перемещается среда вмещающего их вакуума! (Либо наблюдатель перемещается относительно среды. Перемещение относительно пустого вакуума – логически и физически бессмысленно).
Предположение что вещество джета возвращается в галактику только под действием её гравитации безосновательно: начальная скорость вещества джета настолько велика, что оно легко преодолевает притяжение галактики и способно улететь в открытый космос. И только после торможения в среде вакуума вещество джета медленно падает в пределы родной галактики.
Следствие 4:
Если среда физического (= космического) вакуума поглощает кинетическую энергию и энергию фотонов, то она с необходимостью должна обладать некоторой массой и реагировать на гравитационные поля. Среда космического вакуума должна притягиваться к массивным космическим телам – звёздам и планетам (см. рисунок ниже), увеличивая при этом свою плотность.
Более того, среда космического вакуума способна собираться в огромные массивы, размеры и масса которых сопоставимы с размерами нашей галактики Млечный Путь. Отсюда следует ещё один вопрос, далеко не праздный: сколько времени требуется для формирования таких массивов практически невесомой среды космического вакуума?
Обнаружение и измерение плотности среды вакуума в открытом космосе и вблизи гравитирующих масс стало актуальной задачей:
Так, 26.08.2016 появилось сообщение об открытии ещё в 2014 году, в галактическим регионе, носящим название Скопление Кома, галактики Dragonfly 44 (см. следующий рисунок), находящейся в 300 миллионах световых лет от нас. Эта галактика на 99,99% состоит из тёмной материи. Она обладает одинаковой с Млечным путем массой, но при этом имеет в сотню раз меньше звезд. Следует отметить, что это не единственная галактика, которая практически полностью состоит из темной материи. Таких галактик только в скоплении Кома насчитали 47.
Интересен другой пример, позволяющий увидеть границу среды вакуума присоединённого к звезде:
И, наконец, головная ударная волна образуется по ходу движения Солнечной системы при столкновении среды околосолнечного вакуума со средой галактического вакуума.
В следующей статье мы познакомимся с ещё двумя важными следствиями, позволяющими по новому взглянуть на рождение и исчезновение целых галактик!
Подписывайтесь на канал, чтобы не пропустить продолжение!
// Статья подготовлена по материалам книги Ерунова В. "Вакуум и Вселенная" и публикуется с разрешения автора.
