Уверен, вы частенько сталкивались с утверждением, что «всё вокруг состоит из пустоты». Но вы можете представить себе абсолютною пустоту? К примеру, попав в межзвёздное пространство, вы сможете почувствовать на себе вакуум, который физики не способны достичь в лабораторных условиях, так как не существует приборов, которые могли бы до такой степени откачать вещество из камеры. Но даже если вам удастся оказаться в области между скоплениями галактик, вы обнаружите там хотя бы один атом на каждый кубический метр пространства.
Знаете, что самое интересное?
Даже если вы возьмёте в этом объёме часть пространства, в котором точно нет ни одного атома, оно не будет пустым. Понятие пустоты в физике вообще, как выясняется, довольно условно. Как только дело доходит до «абсолютного ничто», в свои права вступает квантовая механика. Физики называют это явление минимальным состоянием энергии.
Даже в самом «пустом» пространстве постоянно рождаются и умирают так называемые виртуальные частицы. Проблема этих частиц заключается в том, что они не способны «закрепиться» в физической Вселенной, так как их свойства далеки от «физического идеала» — они не могут набрать достаточно массы и энергии. Всё, что только можно было «выжать» из этой пустоты, чтобы попытаться стать веществом, эти виртуальные частицы взяли, но этого оказалось мало.
Привычным нам частицам просто «повезло» иметь свойства, соответствующие законам физики, то есть разница между реальными и виртуальными частицами исключительно количественная. Российский астроном Владимир Сурдин как-то довольно поэтично назвал это явление «кипящей пустотой».
Откуда в абсолютной пустоте могут появляться частицы?
При всей своей математической точности квантовая механика довольно плохо описывает суть материи в попытке скрестить классическую (макроскопическую) картину мира с микроскопической. «Кипящая пустота» — абсолютно непонятное человеческому сознанию состояние.
Но есть теория, которая может значительно упростить восприятие Вселенной.
Речь о квантовой теории поля, которая исключает классические представления о реальности: она говорит, что пространство состоит из квантовых полей, а отдельных частиц (как реальных, так и виртуальных) не существует. То, что нам кажется частицами, представляет собой просто возмущения этих полей.
Таким образом, квантовая теория поля говорит нам, что пустоты вообще не существует, так как квантовые поля — это монолитные структуры, заполняющие собой всё пространство, и имеющие в каждой своей точке ненулевую энергию. Колебания этих полей и создают иллюзию рождения частиц.
И видимое вещество, и виртуальные частицы, да всё во Вселенной — лишь ряб квантовых полей. Самая понятная аналогия, которую я встречал, звучит так:
«Считать, что между частицами ничего нет — всё равно, что смотреть на горные вершины и думать, что между ними бесконечная пустота, только потому что пелена облаков скрывает поверхность под ними.»
Таким образом, Вселенная может быть не только монолитна, но постоянно активна и пытается создавать вещество из того, что нам кажется абсолютной пустотой. Разве это не потрясающе?
Подписывайтесь на S&F, канал в Telegram и чат для дискуссий на научные темы.