Вакуум. Теория поля

Современная теория поля придерживается материалистических взглядов на природу физического вакуума, рассматривая его как невозбужденное состояние полевой материи, что позволяет с единой точки зрения представить природу различных полевых процессов. Физический вакуум, представляя полевую форму материи, может оказывать давление на вещественную материю, что наблюдается экспериментально в эффекте Казимира. Таким образом, то, чтофизический вакуум представляет одну из форм материи - это экспериментальный факт.

В классической физике используется понятие о пустом пространстве, то есть о некоторой пространственной области, в которой отсутствуют частицы и поле. Такое пустое пространство можно считать синонимом вакуума классической физики. Вакуум в квантовой теории определяется как наинизшее энергетическое состояние, в котором отсутствуют все реальные частицы. При этом оказывается, что это состояние не есть состояние без поля. Небытие как отсутствие и частиц и поля невозможно. В вакууме происходят физические процессы с участием уже не реальных, а короткоживущих (виртуальных) квантов поля. В вакууме равны нулю только средние значения физических величин: напряженностей полей, числа электронов и т.д. Сами же эти величины непрерывно флуктуируют (колеблются) около этих средних значений. Причиной флуктуаций является квантово-механическое соотношение неопределенностей, согласно которому неопределенность в значении энергии тем больше, чем меньше время ее измерения.

Поскольку энергия поля непосредственно определяется его напряженностью, принцип неопределенности ведет к тому, что в какой-то области пространства напряженность поля на очень короткое время может стать отличной от своего фиксированного классического значения. Такие мигания поля и называют квантовыми флуктуациями. Величина флуктуаций тем больше, чем меньше ее пространственные размеры и время существования. Наличие квантовых флуктуаций в вакууме приводит к тому, что вакуум больше не является пустым пространством, каким он был в классической теории. Например, в квантовой электродинамике вакуум мигает появляющимися полями, кипит рождающимися на короткое время электрон-позитронными парами. Такие поля и частицы принято называть виртуальными. Свойства квантового вакуума в результате радикально отличаются от свойств пустого пространства.