Пожалуй, одним из самых удивительных фактов об атоме является то, что по большей части атомы это пустота. Если бы атом в ширину был равен размаху рук то все его электроны носились бы внутри объёма, условно ограниченного кончиками пальцев. А ядро которое находилось бы в центре, имело бы диаметр даже меньше толщины человеческого волоса. Таким образом, все атомы из которых состоите Вы, я и все объекты, внешне кажущиеся плотными, являются по сути пустым пространством. Это невероятно, но еще удивительнее то, что пустое пространство на самом деле не совсем пустое.
Что же... Давайте посмотрим.
Это модель разработанная профессором Дереком Лейнвебером из университета Аделаиды. Для проведения необходимых расчётов квантовой хронодинамики использовался супер компьютер. Вспомним теорию о кварках, фундаментальных частицах из которых состоят протоны и нейтроны, а так же о взаимодействии кварков посредством глюонов.
Модель энергетической плотности флуктуации глюонного поля, там где появляются красные пятна, плотность энергии крайне высока, а затухание цвета означает её снижение. На этой модели самые слабые флуктуации не отображаются, но фактически они есть и их можно наблюдать. То, что мы видим напоминает бурлящий суп из стремительно появляющихся и пропадающих флуктуаций квантового поля. Скорость передачи кадров один миллион миллиардов миллиардов кадров в секунду ( вот это сверх-быстрая съемка!). Размеры отображаемой области крайне малы, они составляют миллионные миллиардных доли метра, туда едва вмешаются доли протона, но там нет протонов, это моделирование вакуума который как нам всегда казалось вообще-то должен быть пустым.
На самом деле пространство заполнено флуктуациями кваркового и глюонного полей, и из пустого пространства можно произвести аннигиляцию кварка поскольку оно не пустое. Звучит мягко говоря не очень правдоподобно: вот у Вас пустота и из неё можно ещё, что-то взять. Да, вакуум не пустой. Кажется парадоксальным, что вакуум обладая самой низкой энергией, что-то в себе содержит. Однако для того, чтобы избавиться от флуктуации и создать абсолютный вакуум необходимо огромное количество энергии.
Как ни удивительно, но количество энергии которое требуется для создания чистового вакуума невероятно велико, а если Вы его даже создадите, Вы обнаружите, что он крайне не стабилен и любые возмущения приведут к появлению в нем квантовых флуктуаций.
Ладно, может все не так странно как кажется на первый взгляд. Возьмём постоянный магнит. При комнатной температуре он создаёт вокруг себя магнитное поле благодаря правильной ориентации магнитных моментов всех его атомов. Но если вы его нагреете, вы передадите частицам достаточно тепловой энергии для преодоления так называемой точки Кюри, из-за чего их магнитные моменты будут разориентированы, а общее магнитное поле пропадёт. Чтобы избавиться от постоянного магнитного поля нужна энергия. Тоже самое и с квантовым вакуумом.
Учитывая квантовые флуктуации можно точнее описать взаимодействие фундаментальных частиц, и, к примеру, узнать где вероятнее всего обнаружится кварк. Окажется, что кварки находятся на этих «облачках», а поскольку они появляются и пропадают очень быстро, то мы склоны полагать, что кварки прыгают с одного такого «облака» на другое, а потом на третье и так далее.
Я себе это представляю в виде туриста пытающегося пересечь бегущий ручей: вокруг плещет вода и из под неё выглядывают камни, и Вам приходится быстро прыгать что бы не замочить ноги. Мы знаем, что кварки в принципе ведут себя так же.
Не смотря на то, что Вы, я и все атомы во вселенной это в основном пустое пространство, справедливо и то, что пустое пространство не такое уж и пустое, и надо заметить, что без вакуумных флуктуаций нас с Вами не существовало бы.
