Представьте, что всё видимое вещество Вселенной — это лишь лёгкая пыль на поверхности невесомого океана. Вот столько весит этот океан? Если вообще уместно говорить о «весе» у того, что является свойством самого пространства. И откуда он в вакууме?
Я долго думал, что космос — это и есть эта самая «пыль». Звёзды, планеты, туманности. А между ними — ничто.
Чёрное, безвоздушное, беззвучное ничто.
Наша интуиция подсказывает: раз нет воздуха, значит, там пусто. Логично же? Когда мы смотрим на фотографии из космоса, мы видим чёрный бархат, усеянный точками света. Тишина. Абсолют. Кажется, что это и есть идеальная пустота.
Заполнить эту пустоту пытались еще Максвелл и Ньютон
В результате до начала XX века, наука пребывала в плену изящной и интуитивно понятной концепции — светоносного эфира.
Его представляли как невидимую, невесомую, всепроникающую субстанцию, которая заполняет всё космическое «ничто». Эфир был нужен, чтобы объяснить, как распространяется свет — ведь волне, по всем тогдашним представлениям, нужна среда, как звуку нужен воздух.
Эфир был удобной научной «заплаткой» на нашем незнании.
И тут интуиция впервые даёт сбой
То, что сделала современная физика, оказалось куда радикальнее идеи эфира. Космический вакуум — это не история про пустоту. Это история про сложнейшую, многослойную среду, фундаментальное состояние полей.
Если быть точнее, важна не кажущаяся «пустота», а то, чем она на самом деле наполнена — от частиц и полей до скрытой энергии самого пространства. Мы просто не видим этого невооружённым глазом и не чувствуем кожей, но это не значит, что этого нет.
Представьте пустой бункер
Мы выкачали из него весь воздух до последней молекулы. Идеальный вакуум? Нет. Даже здесь, в этой «пустоте», будут пролетать триллионы нейтрино каждую секунду, будут возникать и исчезать виртуальные частицы, будет пронизывающее всё космическое излучение.
А теперь увеличьте масштаб до размеров галактики.
По цифрам это выглядит так: в среднем межзвёздном пространстве на один кубический сантиметр приходится около 1 атома (в основном водорода). В воздухе, которым мы дышим, их 30 000 000 000 000 000 000.
Кажется, что 1 атом на см³ — это практически ноль. И хотя эта цифра намекает на пустоту, в реальности этот одинокий атом — лишь верхушка айсберга. Он плавает в океане куда более странных вещей.
И что же в действительности наполняет космический вакуум?
Давайте разберемся послойно, от привычного к немыслимому:
Во-первых, разреженный газ и пыль. Это тот самый «один атом». Но из этой пыли и газа рождаются звёзды. Это строительный материал Вселенной, просто рассредоточенный на гигантские расстояния.
Во-вторых, излучение и частицы. Пространство пронизано светом всех длин волн — от радиоволн до смертоносного гамма-излучения. Его бороздят солнечный ветер (поток плазмы от звёзд) и космические лучи — протоны и ядра атомов, летящие с околосветовой скоростью.
Без защиты эта среда убила бы человека не из-за отсутствия воздуха, а из-за этой невидимой бомбардировки.
В-третьих, квантовый вакуум. Это самый фундаментальный слой. Согласно квантовой теории поля, вакуум — это не тихое ничто, а состояние поля с минимально возможной энергией. В нём постоянно рождаются и аннигилируют пары виртуальных частиц. Это «кипение» самой ткани пространства-времени.
Эффекты вроде силы Казимира (притяжение пластин в вакууме) уже доказывают это экспериментально.
В-четвёртых, тёмная энергия. И вот мы подходим к главному. Тот самый «невесомый океан», на поверхности которого плавает видимая материя-пыль. Согласно лучшей на сегодняшний день космологической модели, около 68% плотности энергии Вселенной — это тёмная энергия, свойство самого вакуума.
Именно она заставляет Вселенную расширяться с ускорением. Вот она — основная масса «океана». Его «вес», его энергия. Именно она доминирует в балансе мироздания, делая все звёзды и галактики всего лишь лёгкой рябью на своей поверхности.
Осознание этого открывает нам будущее, которое раньше было уделом фантастов
Если вакуум — это не пустота, а фундаментальная, энергичная среда, значит, её можно использовать.
Представьте двигатель, который не отталкивается от чего-либо, а использует саму структуру пространства. Варп-двигатель Алькубьерре — пока лишь математическая модель — предполагает создание «пузыря искривлённого пространства-времени» вокруг корабля.
Для этого нужно то самое отрицательное давление, признаки которого мы находим в эффекте Казимира. Мы не будем лететь быстрее света в пространстве — мы будем сдвигать само пространство.
Долететь до Марса?
С таким двигателем вопрос расстояния теряет смысл. Мы сможем планировать путешествия к другим звёздным системам как реальные задачи, а не мечтать о них. И пусть это пока не инженерия, а физика в стадии идей и экспериментов.
А теперь представьте источник света, рождающийся из «ничего». Динамический эффект Казимира — когда виртуальные фотоны преобразуются в реальные за счёт быстрого движения зеркал, — открывает путь к созданию квантовых генераторов принципиально нового типа.
Такие «лазеры из пустоты» станут сердцами квантовых компьютеров и абсолютно защищённых систем связи, работая на самой фундаментальной энергии реальности.
Это не фантастика. Это естественное продолжение нашей мысли: если вакуум полон, значит, мы можем с этим взаимодействовать. Мы наконец-то перестаём бороться с пустотой и начнём сотрудничать с полем, которое лежит в основе всего.
Почему же мы всё ещё цепляемся за идею пустого космоса?
Она проста и визуально очевидна. Чёрный цвет, тишина, невесомость — наши органы чувств кричат нам о пустоте. Намного сложнее представить невидимое кипение полей, неосязаемую тёмную энергию или мириады частиц.
Миф о пустоте драматургически удобен. В нём есть космическое одиночество и ясность. Реальность же — сложна, многослойна и требует от нас внутренней перестройки.
История космического вакуума учит нас видеть не пустоту, а потенциал.
Потенциал поля, потенциал энергии, скрытой в самом пространстве.
И что интересно, этот же принцип — «ищи фундаментальную среду, а не кажущуюся пустоту» — помогает понять и другие загадки. От вопросов, что такое тёмная материя, до попыток объединить все фундаментальные взаимодействия.
Мы перестаём быть пылинками в чёрной пустоте. Мы становимся исследователями безбрежного и полного возможностей океана, в котором и возникли.
И первый шаг к его покорению — перестать называть его пустым.