За простыми на первый взгляд вопросами, которые обычно не вызывают никаких сомнений при поиске ответа на них, часто спрятаны такие интересные "заковырки", что углубляешься в самую суть проблемы. Вот например, почему диэлектрическая проницаемость вакуума не равна нулю? Проще всего сказать, что это не следует из таблицы со значениями физических величин. Но если пропустить это через себя и подумать, то так быть не должно...
Диэлектрическая проницаемость - это физическая величина, характеризующая способность вещества поляризоваться под воздействием электрического поля. Она показывает, во сколько раз напряженность электрического поля внутри вещества меньше, чем напряженность поля в вакууме при одинаковой плотности электрических зарядов.
Давайте сильно упростим эту формулировку и получится, что диэлектрическая проницаемость есть показатель, который характеризует способность материала пропускать электрический ток. Это приближенно и даже утрировано. Но суть понятна.
Теперь ответим на вопрос что такое вакуум? Это среда, практически лишенная всякой материи. В стандартном понимании достаточно обратиться к тому, что в вакууме нет ничего, хотя физик ане терпит пустоты и реально такой ситуации быть не может.
Мы помним, что электрический ток связан с некоторыми агентами - средой, содержащей частицы для его прохождения через неё. В металлическом проводе например - это электронный газ. А в вакууме... Нет ничего, поскольку даже то, что там есть, должно находиться в столь незначительных количествах, не сможет обеспечить прохождение тока. Это значит, что логично ожидать увидеть диэлектрическую проницаемость вакуума равную 0. Но открываем табличку и видим там 1.
Диэлектрическая проницаемость по сути является мерой того, насколько «легко» установить электрическое поле в данной среде. Поскольку вы, очевидно, можете иметь электрическое поле в вакууме, само пространство имеет определенное значение диэлектрической проницаемости, связанное с ним.
Аналогичным параметром для магнитных полей является проницаемость, и вместе они определяют скорость, с которой электромагнитное излучение (такое как свет) распространяется в этой среде. Именно тот факт, что пустое пространство имеет фиксированные значения диэлектрической проницаемости и проницаемости, привел к выводу, что скорость света (в более общем смысле, любой электромагнитной волны) в вакууме должна быть постоянной. (И отсюда Эйнштейн разработал свою теорию относительности, поняв, что это значение должно быть одинаковым для всех наблюдателей, независимо от их собственной скорости.)
Задумайтесь на мгновение о роли диэлектрической проницаемости в уравнениях. Она определяет значение постоянной Кулона. Постоянная Кулона, в свою очередь, определяет величину электростатической силы между двумя зарядами.
Так что же произойдет, если диэлектрическая проницаемость вакуума будет равна нулю? Электростатическая сила будет бесконечной, вот что. Но это не то, что мы наблюдаем. Мы наблюдаем четко определенную конечную силу между электрическими зарядами.
И вы, наверное заметили, что ответ на главный вопрос строится сего лишь на двух факторах. Первый - потому что в вакууме есть электрическое поле, а второе - потому что иначе математические выкладки превратятся в абсурд.
Это не то, чтобы прямой ответ на вопрос "почему". Но ничего лучшего у нас сейчас нет. Мы не знаем, почему это именно так!
Мы также не знаем, почему она не бесконечна, или почему некоторые из 26 известных фундаментальных физических констант имеют именно такие значения, а другие - нет.
Мы можем предсказать, что произошло бы, если бы какие-либо константы были другими, выработав известные математические соотношения между ними, и в большинстве случаев, когда они хотя бы немного отличаются от известных нам значений, нас бы не было, чтобы узнать об этом, потому что протоны не могли бы существовать, или водород не мог бы синтезироваться.
В теории тут мы можем исходить из того, что вакуум - это среда, идеально подходящая для распространения волны. В вакууме нет практически ничего, но есть электрическое и даже электромагнитное поле. Это позволяет работать радио в космосе. Вероятно, при таком раскладе уместно полагать, что коэффициент равный 1, показывает нам способность волны проходить через среду и обозначает, что ей ничего не мешает.
---
⚡ Обязательно подпишитесь на Telegram проекта и читайте эксклюзивные статьи! Обновления каждый день!