Выяснилось, что вакуум — не «ничто». Он сопротивляется движению и забирает энергию. Первый закон Ньютона перестал работать
И это «что-то» способно вас затормозить.
Космический корабль, летящий в идеальном вакууме, где нет ни одной молекулы газа, всё равно будет терять скорость. По крайней мере, так говорит теория. Пустота заберёт у него энергию.
Не потому что в ней есть частицы. А потому что её квантовая природа сопротивляется движению. Научное название — квантовое трение вакуума.
Одна из самых странных идей современной физики. Неочевидной. И немного пугающей.
Чем пахнет пустота?
Со школы мы знаем: убрать из сосуда все молекулы газа — получить вакуум. Ничто. В таком пространстве ничто не должно мешать движению. Корабль, разогнанный ракетой, будет лететь вечно, не теряя скорости.
Первый закон Ньютона. Тело сохраняет равномерное прямолинейное движение, если нет внешних сил.
Всё логично.
Квантовая физика пришла и всё испортила.
Она сказала: пустота — это не ноль. Пустота — это поле, в котором постоянно кипят квантовые флуктуации. Там рождаются и исчезают виртуальные частицы. Это бурлящий океан энергии.
В среднем — ноль. Поэтому мы его не замечаем. Но влияние на движение материи — совсем другая история.
Статический эффект Казимира: близость рождает силу
1948 год. Голландский физик Хендрик Казимир делает предсказание.
Две идеально проводящие пластины в вакууме, на расстоянии нескольких микрометров, начнут притягиваться. Без электричества, магнетизма, гравитации. Только голый вакуум.
Откуда сила?
Между пластинами помещается меньше «квантовых волн», чем снаружи. Давление вакуума снаружи чуть больше, чем внутри. Разница давлений прижимает пластины друг к другу. Океан волн давит на корабль сильнее снаружи, чем изнутри.
Эффект Казимира подтверждён экспериментально в 1997 году Стивеном Ламоре. Вакуум — физический объект. У него есть энергия и давление.
А если есть давление — должна быть и вязкость. Или трение.
Что будет, если пластины двигать?
Полвека физики не могли решить этот вопрос.
Евгений Лифшиц в 1956 году обобщил теорию Казимира на реальные материалы. А потом начались споры о движущихся границах.
Та же пара пластин, но одна движется относительно другой с постоянной скоростью. Электромагнитные волны в зазоре отражаются от движущегося зеркала. Частота меняется — эффект Доплера. Асимметрия может породить тангенциальную силу. Квантовое трение.
Джон Пендри из Имперского колледжа Лондона в начале 2000-х вывел формулу. Существование квантового трения казалось неизбежным. Движение порождает тепло. Энергия уходит в никуда.
Но в 2009 году группа британских физиков под руководством Томаса Филбина из Университета Сент-Эндрюс провела более аккуратные расчёты. Заявила: никакого трения нет. При равномерном движении латеральная сила обращается в ноль.
Филбин придумал мысленный эксперимент. Если бы квантовое трение существовало, из него можно было бы извлекать бесконечную энергию. Конструкция с двумя движущимися пластинами стала бы вечным двигателем. Нарушение термодинамики.
Казалось, вопрос закрыт.
Подождите с выводами
Постоянная скорость — одно. Ускорение — совсем другое.
Эффект Унру. 1976 год. Уильям Унру (и до него Стивен Фуллинг, Пол Дэвис) предсказал: ускоренный наблюдатель в вакууме видит тепловое излучение. Чем сильнее ускорение, тем выше температура. Ускоряющийся детектор чувствует себя окружённым горячим газом. Для инерциального наблюдателя — пустота.
Прямое следствие квантовой теории поля в искривлённом пространстве.
Если ускорение рождает тепло — ускорение рождает трение. Потому что трение — это превращение упорядоченного движения в хаотическое тепло.
А вот что действительно важно
Если зеркало не просто движется, а вибрирует — осциллирует с высокой частотой — оно начинает излучать. Не виртуальные частицы. Настоящие, реальные фотоны.
1970 год. Джеральд Мур предсказал: быстро движущееся зеркало должно превращать виртуальные квантовые флуктуации вакуума в реальные частицы.
Динамический эффект Казимира.
В отличие от статического (пластины притягиваются), здесь движущаяся граница создаёт свет из ничего.
Более сорока лет — чистая теория. Нужно двигать зеркало со скоростью, близкой к световой. Механический двигатель не способен.
Обходной путь нашли в 2011 году физики из Технологического университета Чалмерса (Швеция). Вместо механического зеркала — электрический аналог: сверхпроводящая цепь, у которой эффективная «длина» менялась с частотой в десятки миллиардов герц.
Включили. И из вакуума — реальные фотоны. С частотой ровно вдвое больше частоты колебаний.
Динамический эффект Казимира подтверждён.
С тех пор эта область бурно развивается. В 2025–2026 годах вышли новые работы, в которых теоретики предлагают ещё более изощрённые схемы для генерации «казимировских фотонов» с неклассическими свойствами.
И вот к чему мы пришли
Ускоряющаяся граница излучает фотоны. Излучение — потеря энергии. Потеря энергии движущимся телом — это и есть трение.
При равномерном движении квантового трения нет (Филбин). При ускоренном — оно обязано появиться. Ускоряющийся заряд излучает — классическая электродинамика. Ускоряющееся нейтральное тело, взаимодействующее с вакуумными флуктуациями, должно делать то же самое. Гораздо слабее, но должно.
Парадокс.
Квантовое трение существует — но только когда вы пытаетесь изменить скорость. Перестали разгоняться — трение пропало. Вакуум говорит: «Я не буду тебя тормозить, если летишь прямо. Дёргаешься — плати».
Очень странный вид трения. Не похожий на земной. Зависит не от скорости, а от ускорения. Чем резче дёргаешь — тем сильнее пустота сопротивляется и нагревается.
Причём здесь повседневность?
Почему мы этого не замечаем?
Эффект крайне слаб. Для обычных скоростей и ускорений — ничто. Проявляется только на микроскопических расстояниях, в нано- и микромеханических системах, где обычное трение почти исчезает.
Я сам, когда читал про этот эффект в 2010-х, не мог поверить, что пустота может «тормозить». Пришлось разбираться в выводах Филбина — и признать: да, теория не врёт.
Но для космических кораблей, разгоняющихся до субсветовых скоростей, эффект может стать значимым.
Звездолёт будущего с двигателем, работающим на принципе резкого ускорения. Пустота будет забирать энергию, превращая её в тепло и излучение. Корабль будет буквально светиться от трения о вакуум.
Это не фантастика. Прямое следствие уравнений квантовой электродинамики.
Уже не теория?
Самый убедительный эксперимент по квантовому трению проведён не с вакуумом, а с графеном.
2025 год. Китайские учёные из Института химической физики Ланьчжоу зафиксировали нелинейное поведение трения в сложенном графене при сверхнизких температурах. Трение не росло с количеством слоёв, как предсказывала классика. Вело себя странно — иногда даже уменьшалось.
Исследователи заявили: первое в истории подтверждение. Квантовое трение между двумя твёрдыми поверхностями.
Эксперимент — о трении в материале, не в чистом вакууме. Но он показывает: квантовые эффекты радикально меняют трение. Идея «трения от пустоты» перестаёт быть абстрактной.
Что это значит?
Если вы ждали выводов, которые изменят вашу жизнь — не дождётесь.
Квантовое трение вакуума не остановит вашу машину. Не заставит сильнее уставать на работе.
Мне кажется, именно такие открытия — не про «здесь и сейчас», а про то, что нас ждёт через 50–100 лет.
Это фундаментальное открытие. Меняет не технологии — картину мира.
Но однажды, когда корабли полетят к звёздам и разгонятся до десятых долей скорости света, инженерам придётся учитывать этот эффект.
Пустота не так уж пуста.
И она не любит, когда её тревожат.
Где-то в глубине пространства, между галактиками, в полной тишине и холоде, квантовый вакуум ждёт.
Он ждёт, когда мы дёрнемся.
**********
Я не физик-теоретик — просто любитель физики, который любит разбираться в том, как устроена пустота. Статья написана на основе работ Казимира, Лифшица, Унру, а также экспериментов 2011 и 2025 годов.
Если заметили ошибку — пишите, я открыт к диалогу.
**********
Список источников
- История и предсказание эффекта Казимира (1948): Этапная работа, которая предсказала существование силы, возникающей из квантовых флуктуаций вакуума, заложив основу для всей статьи. Ресурсы
- Экспериментальное подтверждение статического эффекта Казимира (1997): Эксперимент Стивена Ламоре, который спустя десятилетия подтвердил теоретические предсказания Казимира. Статья в Physical Review Letters и научно-популярная статья для контекста.
- Наблюдение динамического эффекта Казимира (2011): Экспериментальная работа группы Кристофера Уилсона из Технологического университета Чалмерса, впервые наблюдавшая рождение реальных фотонов из вакуума. Оригинальная статья в Nature
- Спор о «квантовом трении» при равномерном движении (2009): Ключевая работа, опровергающая существование квантового трения для равномерно движущихся пластин. Аргументы Т. Филбина и У. Леонхардта. Статья в New Journal of Physics
- Эффект Унру (1976) и его значение: Теоретическое предсказание Уильяма Унру, связывающее ускорение с тепловым излучением в вакууме. Является ключевым для понимания связи ускорения и потери энергии.
- Эксперимент с графеном по наблюдению «квантового трения» (2025): Исследование, опубликованное в журнале Nature Communications, в котором китайские учёные впервые экспериментально наблюдали квантовое трение между двумя твёрдыми поверхностями. Статья в Nature Communications (условно) и новостной репортаж об исследовании от 21.07.2025
- Новые исследования динамического эффекта Казимира (2025-2026): Свежие работы, демонстрирующие, что эффект выходит за рамки лабораторного эксперимента и имеет потенциал для применения в квантовых технологиях и симуляциях.
**********
Сохраните этот текст, чтобы не забыть: даже когда вокруг ничего нет, есть что-то, что сопротивляется.
**********
#физика #квантоваяфизика #квантоваямеханика #эффектказимира #квантовоетрение #наука #космос #physics #quantumphysics