Пусто ли в вакууме? Этот вопрос невольно возникает у всех, кто задумывается о природе этого интересного физического явления.
Если в вакууме совсем пусто, то как через него проходят радиоволны? Ведь волна - это колебания упругой среды. Да и вообще физика понятие "абсолютности" очерчивает обычно для констант или величин, используемых для расчётов и выведенных часто условно (вспомним споры про гравитационную постоянную). Отсюда следует, что любая абсолютность есть только условность. Соответственно, и говорить, что в вакууме только абсолютная пустота не совсем правильно.
Ученые часто принимают условно, что вакуум пуст. Однако, сказать, что в вакууме совсем ничего нет не решится ни один физик. Правда что именно есть в вакууме он сказать тоже не сможет. Давайте изложим уже известные науке моменты и обсудим интересные примеры, которые показывают что вакуум - это вовсе не полное отсутствие всего.
Технический и физический вакуум
Начнем с того, что вспомним какие варианты вакуума выделяет физика. В общем-то, всё можно свести к техническому вакууму и физическому вакууму.
Про технический вакуум уместно говорить, когда мы работаем с экспериментальными установками и промышленным оборудованием. Там для протекания различных процессов, скажем ионной имплантации, из камеры выкачивается воздух насосом и получается технический вакуум. Помимо откачки воздуха, также применяется метод связывания газов.
Если выкачать воздух из контейнера для пищи, то и там будет вакуум, который уместно называть техническим. Исходя из того, что насос может создавать разные степени откачки, то и градации вакуумов будут отличаться. Так и появились разделения на низкий вакуум, высокий вакуум, средний вакуум и сверхвысокий. Очевидно, что в каждом из случаев в такой "пустоте" что-то да останется.
Следующий вариант - это физический вакуум. Понятие уже больше теоретическое. Подразделяется на ложный вакуум, Эйнштейновский вакуум и вакуум квантовой теории.
Ложный - понятие из квантовой физики, которое обозначает, что какая-то часть материи есть, но её локальная энергия минимальна. Эйнштейновский - это тот, что условно предложил использовать Эйнштейн в своих расчётах. Вакуум теории поля - самое сложное понятие, которое подразумевает минимальную энергию пространства, но не означает полную пустоту.
Теперь, когда мы вспомнили основы теории, давайте всё-так поразмышляем, что есть в каком из видов вакуумов.
Что можно найти в вакууме?
Традиционно, в учебниках физики и при описании технологий используется слово вакуум без глубокого погружения в осознание этого термина. Обсудим лишь основные примеры и покажем, что тот вакуум, который мы когда-то считали пустотой, вовсе не пустота.
Космическое пространство
Тут всё довольно занятно. С древних времен считается, что в космосе совсем ничего нет. Так написано в некоторых учебниках и используется такая абстракция для упрощения.
Это убеждение было полностью раскритиковано, когда выяснилось, что радиоволны путешествуют по этому пространству вполне себе неплохо, хотя не магнитных полей, ни другой пригодной среды для существования волны там нет. Тут же появлялись и теории эфира, которые обычно очень сильно критикуются.
Современная наука предполагает, что космический вакуум не пустой. Там, как минимум, можно встречать единичные атомы водорода или другие частицы, попавшие туда самыми разными способами. Но присутствие других объектов пока предположить сложно. Получается, космос не пуст и вакуум там - лишь условность. Значит, и стандартное представление про пустоту не состоятельно.
Вакуум в технической установке
Даже если представить, что внутри камеры какой-либо установки удалось создать сверхвысокий вакуум, то нужно помнить ещё кое о чём. Сама установка имеет специфику рассыпать в вакууме.
Вы когда-нибудь нюхали металл? Нет? А зря!
Металлические образцы имеют некоторый запах. Это частицы поверхностного слоя начинают диффундировать и образуют запах. Также ведут себя и стенки камеры. Они будут диффундировать во внутренне пространство и загрязнять вакуум. Причем, даже более активно, чем без технического вакуума.
Ну а помимо этого есть и ещё множество составляющих вакуума, которые будут присутствовать внутри и пока мы не понимаем, что это именно.
Вакуум в современной физике
Современная же физика относится к этому вопросу весьма интересно и настороженно. Физики говорят, что вакуум не пустой, но что именно там находится никто до конца не понимает. Всё начинается с того, что и состояние обычного вещества никто полностью описать не может.
Недавно я рассказывал, что наука пока не понимает, из чего состоит вещество и что является мельчайшей его частью. Значит, предположить, что именно может остаться в вакууме после его получения и выкачивания основной массы тоже очень сложно.
Нужно помнить, что помимо "классических частиц", типа атомов или молекул, в пространстве вакуума могут находиться и такие частицы, как фотоны или нейтрино, которые путешествуют в пространстве и не ощущают преград.
Атомы выкачать насосом вполне можно, однако как быть с частицами, из которых атомы состоят уже не совсем ясно. Не зная строения вещества сложно предположить, что там может остаться. Природа тех же кварков не описана полностью и только изучается. Следовательно, от атомов в пустоте может остаться любой след, но мы пока не понимаем, что он есть.
Вакуум у квантовых физиков - шаг к осознанию?
В квантовой физике вакуум уже не воспринимается как абсолютная пустота, а выдвигается мнение, что если такая среда и существует, то это лишь низшее энергетическое состояние квантового поля. Это не подразумевает полное отсутствие там частиц, а уж тем более и отсутствия квазичастиц.
Вот как описывается мнимая пустота в физическом вакууме википедией.
Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей.
Такие рассуждения подводят нас к тому, что вещество - это всё же энергия. Появление материи происходит благодаря энергии. Но и сама энергия в "пустом пространстве" должна иметь некоторый "носитель", который остается в вакууме без материи.
Здесь мы упираемся в терминологию и не совсем понятно, можно ли называть эти "остатки" материей в классическом смысле или нет. Ведь речь про энергии и поля, которые не могут сопоставляться с теми же молекулами.
Резюмируя отметим, что ученые сегодня не могут сказать является ли вакуум пустотой с материальной точки зрения или нет. Но даже из известных данных следует, что вакуум не может быть пустой и само слово правильнее использовать лишь как абстракцию для упрощения описания множества процессов.
------------
Обязательно оцените статью лайком, напишите комментарий и подпишитесь на проект! Это очень важно для развития канала.
-------------
Советую также прочитать на нашем канале:
-----
Смотрите нас на YouTube и присоединяйтесь к телеге!
