Когда Архимед просил точку опоры, он мыслил категориями твёрдости, плотности, наличия. А что, если самая надёжная опора - это отсутствие? Если пустота держит крепче любого гранита?
В 1654 году магдебургский бургомистр Отто фон Герике сложил два медных полушария, выкачал из них воздух - и шестнадцать лошадей не смогли разорвать эту конструкцию. Их разделяла пустота. Она оказалась прочнее любой верёвки.
С тех пор физики только и делают, что пытаются понять, что же такое это «ничто», которое способно держать, толкать, рождать? И каждый раз выясняется одно - пустоты не существует в том смысле, в каком мы привыкли о ней думать. Она всегда чем-то занята.
Античный спор: Демокрит против Аристотеля
В V веке до нашей эры грек по имени Демокрит произнёс фразу, которая звучала как оскорбление для здравого смысла: «Бытие существует не более, чем небытие». Он имел в виду вот что - мир состоит из атомов и пустоты. Атомы - это бытие. А пустота между ними - небытие. Но без этого «ничто» атомы не могли бы двигаться, сталкиваться, соединяться. Не могли бы создавать вещи.
Для Демокрита пустота - не дыра в реальности, а необходимое условие любой реальности.
Аристотель смотрел на это иначе. Он утверждал, что «природа боится пустоты» - horror vacui. Пустоты не может быть, потому что тело в пустоте двигалось бы бесконечно быстро, а это абсурд. Аристотелевская физика требовала, чтобы пространство было всюду заполнено средой.
И этот спор тянулся две тысячи лет. Потому что Аристотель был авторитетом, которого не принято было оспаривать. Водопроводчики в средневековой Европе знали - вода не поднимается выше 10 метров, как ни старайся. Но объясняли это именно «боязнью пустоты» - мол, природа не пускает пустоту, но силы у неё ограничены.
Платон, кстати, пытался найти компромисс. В диалоге «Софист» он отстаивал существование не-сущего как «природы иного». Тоже пытался втиснуть пустоту в картину мира, но через чёрный ход философии.
Рождение вакуума: Торричелли и Герике
В 1643 году ученик Галилея Эванджелиста Торричелли взял стеклянную трубку длиной метр тридцать, запаял с одного конца, наполнил ртутью и опустил открытым концом в чашу с той же ртутью. Столб жидкости в трубке пополз вниз - и остановился на высоте примерно 76 сантиметров. А над ним, в запаянном конце, образовалось пустое пространство.
Торричелли назвал это «торричеллиевой пустотой». Он первым создал устойчивый, долгоживущий вакуум и правильно объяснил, почему ртуть не выливается целиком - потому что воздух давит на поверхность ртути в чаше, и это давление уравновешивает столб. Воздух имеет вес. Мы живём на дне воздушного океана.
Вот так просто оказалось доказать, что природа вовсе не боится пустоты. Просто раньше никто не умел её как следует поймать.
Через несколько лет Отто фон Герике, тот самый магдебургский бургомистр, пошёл дальше. Он изобрёл первый вакуумный насос. В 1654 году он сложил вместе два медных полушария диаметром около метра, выкачал из них воздух - и шестнадцать лошадей, по восемь с каждой стороны, не могли разорвать эту конструкцию.
Давление воздуха снаружи прижимало полушария друг к другу с силой более тонны. Пустота внутри держала их вместе крепче любых замков.
Герике показал, что вакуум - это не просто отсутствие. На самом деле это сила. Причём сила, способная удерживать то, что не могут удержать лошади.
Он же обнаружил, что в откачанном сосуде гаснет свеча, не могут жить животные, не слышен звон колокольчика. Воздух - не пустота, он среда, проводник звука и жизни.
Квантовый котёл: пустота кипит
В XX веке физики заглянули в пустоту глубже и обалдели.
Согласно квантовой теории поля, вакуум - это не абсолютное ничто. Это состояние с минимально возможной энергией. Но эта минимальная энергия не равна нулю. В вакууме постоянно, каждое мгновение, рождаются и исчезают пары виртуальных частиц - электронов и позитронов, фотонов и антифотонов. Они возникают буквально из ничего, живут неуловимо мало и снова аннигилируют.
В 1948 году голландский физик Хендрик Казимир понял, что эти флуктуации должны создавать измеримую силу. Если взять две незаряженные металлические пластины и поместить их в вакуум на расстоянии микрона, они начнут притягиваться друг к другу.
Почему? Потому что в зазоре между пластинами могут существовать не все виртуальные фотоны, а только те, чья длина волны укладывается в промежуток целое число раз. Снаружи же спектр флуктуаций полный. Возникает разность давлений - и пластины едут навстречу друг другу.
Сила Казимира крайне мала на обычных расстояниях, но на масштабах в несколько нанометров она становится сравнимой с атмосферным давлением. Сегодня её считают не экзотикой, а серьёзной проблемой для наномеханизмов - детали микромашин могут банально слипаться из-за пустоты.
Кстати, в 2011 году учёные из технологического университета Чалмерса подтвердили существование динамического эффекта Казимира. Если двигать «зеркало» (в эксперименте его роль играл сверхпроводящий контур) с околосветовой скоростью, вакуум начнёт рождать реальные фотоны. Буквально свет из ничего.
Космическая пустота: тёмная энергия
В 1998 году астрономы, наблюдавшие за сверхновыми типа 1a, сделали открытие, которое перевернуло космологию. Оказалось, что Вселенная расширяется с ускорением. Галактики разбегаются не замедляясь, как думали раньше, а всё быстрее и быстрее.
За это ускорение отвечает неведомая сила, которую назвали тёмной энергией. И лучший кандидат на её роль - энергия вакуума.
Современные данные говорят - на долю тёмной энергии приходится около 70% всей массы-энергии Вселенной. На обычное вещество - всего 4–5%, на тёмную материю - ещё около 25%.
То, что мы считали пустотой, на поверку оказалось главным компонентом мироздания.
В 2024 году вышло новое исследование с использованием спектроскопического инструмента DESI, которое предположило, что тёмная энергия может рождаться в чёрных дырах. Когда массивная звезда коллапсирует, материя превращается обратно в энергию вакуума - это как примерно маленький Большой взрыв наоборот.
Данные показывают, что количество тёмной энергии росло вместе с ростом числа и массы чёрных дыр на протяжении истории Вселенной. Это не доказывает теорию окончательно, но делает её очень правдоподобной.
Пустота как полнота: восточный взгляд
Индуисты и буддисты тысячи лет назад пришли к выводу, который западная наука только начинает осознавать. Пустота - не отсутствие, а высшая реальность.
В буддийской философии есть понятие шуньята. Его часто переводят как «пустота», но точнее было бы «отсутствие самосущего бытия». Все вещи пусты - в том смысле, что не имеют независимой, неизменной сущности. Они существуют только во взаимосвязи с другими вещами.
Это не нигилизм. Это утверждение, что пустота и есть полнота. Потому что только пустота может вместить всё.
Индийская метафора - колесо вращается благодаря пустоте между ступицей и осью. Если бы зазор был заполнен, колесо заклинило бы. Пустота - условие движения.
Сравните с эффектом Казимира - пластины притягиваются, потому что одних виртуальных частиц в зазоре нет. Пустота внутри создаёт силу снаружи. Та же логика, только на разных этажах реальности.
Вместо заключения
Так кто же прав? Аристотель, запрещавший пустоту, или Демокрит, считавший её необходимой? Торричелли, поймавший вакуум в стеклянную трубку, или Казимир, разглядевший в нём кипение виртуальных миров?
Правы все. Пустота действительно боится природы - но природа боится пустоты не меньше. Они ведут вечный диалог, как вдох и выдох. Материя сжимается в чёрные дыры, превращаясь обратно в энергию вакуума. Вакуум рождает пары частиц, которые становятся звёздами. Галактики разбегаются, потому что пустота между ними не пуста, а полна той самой тёмной энергией, из которой на 70% состоит мироздание.
Мы привыкли считать реальным только то, что можно потрогать. Но, может быть, главная реальность - как раз та, которая ускользает от пальцев. Которая остаётся, когда убираешь всё лишнее. Которая не даёт полушариям разъединиться и толкает вселенные прочь друг от друга.
Пустоту часто путают с отсутствием. На самом деле это присутствие, доведённое до абсолютного предела.
P.S.
Если есть желание почувствовать эту силу буквально - попробуйте сделать простую вещь. Возьмите два листа бумаги, поднесите их близко друг к другу и подуйте между ними. Они притянутся. Воздух уходит, давление падает - и пустота тянет их друг к другу. Как те пластины в опыте Казимира.
В физике это называется уравнением Бернулли. В философии - напоминанием, что даже между листами бумаги прячется вся Вселенная…
Вместо послесловия
Надеюсь, что теперь, глядя на ночное небо, вы возможно увидете его немного иначе. Та чернота между звёздами - не провал, не ошибка, не пустое место. Это основа. То, из чего всё вышло и куда всё вернётся.
Если после прочтения захотелось что-то сказать, спросить или поспорить - это хорошо. Пустота любит, когда её заполняют смыслом. А если материал оказался полезен - другие тоже заслуживают узнать об этом. Но это уже личное решение.
До новых встреч в пространстве между строками.
Источники
- Торричелли Э. О вакууме. 1644.
- Герике О. фон. Experimenta Nova (ut vocantur) Magdeburgica de Vacuo Spatio. 1672.
- Casimir H.B.G. On the attraction between two perfectly conducting plates. Proc. Kon. Nederland. Akad. Wetensch. 1948. B51: 793–795.
- Wilson M. et al. Observation of the dynamical Casimir effect in a superconducting circuit. Nature. 2011. Vol. 479. P. 376–379.
- Riess A.G. et al. Observational Evidence from Supernovae for an Accelerating Universe and a Cosmological Constant. Astronomical Journal. 1998. Vol. 116. P. 1009–1038.
- DESI Collaboration. Evidence for evolving dark energy from DESI Year 1 data. 2024. arXiv:2404.xxxxx.
- Тхить Нят Хань. Сердце сутры Праджняпарамиты. 2018.