Физический вакуум - понятие

Вакуум физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В. называют среду, в которой содержится «очень мало» частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма такой среды, тем более высок В. Однако полный В. — среда, в которой совсем нет частиц, вовсе не есть лишённое всяких свойств «ничто». Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она «абсолютно пуста» и в ней ничего не происходит.

Современное понятие В. оформилось в рамках квантовой теории поля. В микромире, который описывается квантовой теорией, имеет место корпускулярно-волновой дуализм: любые частицы (молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и «корпускулы» световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях — как кванты соответствующих им физических полей: фотон — квант электромагнитного поля; электрон и позитрон — кванты электронно-позитронного поля; мезоны — кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д.

С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины: масса, энергия, количество движения (импульс), электрический заряд, спин и др. Состояние системы и её физические характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц — квантов — и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы имеется вакуумное состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений, а её заряд, спин и прочие характеризующие систему квантовые числа равны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение), согласно которому только часть относящихся к системе физических величин может иметь одновременно точные значения; остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное задание импульса частицы влечёт за собой полную неопределённость её координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться нулю все физические величины.

К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряжённость электрического (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к разбросу (флуктуациям) в величине напряжённости электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость электрического поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля — электронно-позитронное, мезонное и т.д.

В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает всеми правами «настоящих» физических состояний.

Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению «облака» виртуальных фотонов возле этого электрона, а вслед за ними — виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.

В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней). Поляризация В. влияет и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение магнитный момент частицы в итоге отличается от своего «нормального» значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон). Поправки как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.

                 

  • Излагать историю о физическом вакууме, в котором нет поля, и не отказываться от материальности электромагнитного поля тождественно рассказу барона Мюнхаузена «За волосы». Он поделился с читателем как выбрался с конем из болота: «Да, я приподнял на воздух и себя, и своего коня, и если вы думаете, что это легко, попробуйте проделать это сами».

    Гость (Михаил Галисламов.)
  • Теория физического вакуума содержится в четвертом томк моей единой теории процессов переноса:
    Non-Local Astrophysics. Dark matter, Dark Energy and Physical Vacuum. August 1, 2017, by Boris V. Alexeev.
    Product details:
    • File Size: 63403 KB
    • Print Length: 478 pages
    • Publisher: Elsevier; 1 edition (August 1, 2017)
    • Publication Date: July 28, 2017
    • Sold by: Amazon Digital Services LLC
    • Language: English
    • ASIN: B0742CT37K
    Key Features
    • Dark matter is only an artifact of local physics. Dark matter does not exist.
    • The continuous transmission of the Kepler orbital curves in curves with shelves is obtained.
    • Big Bang is a burst of Physical Vacuum (PV).
    • The non-local theory of the Universe expansion is created.
    • The creation and motion of the Hubble’s boxes is investigated.
    • Dark Energy is energy of PV which leads to effect of repulsion (“antigravitation”).
    • The PV boxes as an analogue of the Hubble’s boxes are introduced.
    • The theory of PV engine is developed.
    • The non-local theory of movement in Black Channel is constructed.
    • All results are obtained from the first principles of physics. Physical Reality containes Matter, Fields and Physical Vacuum.
    В русском переводе. Основные результаты:
    • Темная материя лишь артифакт локальной физики. Темная материя не существует.
    • Установлено непрерывное преобразование Кеплеровских орбитальных кривых в орбитальные кривые с «полкой».
    • Биг Бэнг (большой взрыв) есть взрыв физического вакуума (ФВ).
    • Создана нелокальная теория расширения Вселенной.
    • Изучено образование и движение «ящиков Хаббла».
    • Темная энергия есть энергия ФВ, которая ведет к эффекту отталкивания («антигравитация»).
    • Введены «ящики физического вакуума» как аналог «ящиков Хаббла».
    • Разработана теория двигателей, работающих на эффектах физического вакуума.
    • Создана нелокальная теория движения в Черных Каналах.
    • Все результаты получены из первых принципов физики. Физическая реальность состоит из Материи, Полей и Физического Вакуума.

    Гость (профессор Алексеев Борис Владимирович)