Nequaquam vacuum. 
Концепции современного естествознания

Словари определяют вакуум как пустоту, лишенное материи пространство. Это понимание восходит к противопоставлению материи (атомов) и пустоты (небытия) у первых атомистов. Однако с высоты современных знаний пространство, лишенное материи, — нонсенс, не отвечающий реальности.

При разработке квантово-полевых представлений о взаимодействии выяснилось, что для испускания и поглощения виртуальных частиц не обязательно присутствие частиц реальных: виртуальные частицы могут возникать в буквальном смысле слова из ничего и исчезать без следа. Как ни странно, это не противоречит закону сохранения энергии: закон, если быть точным, утверждает, что невозможно наблюдать процессы, не сохраняющие энергию, но виртуальная частица потому и виртуальная, что прямо наблюдать ее мы не можем. Любая попытка «поймать» виртуальную частицу, вытащить ее «за ушко да на солнышко» приводит к передаче ей энергии, достаточной для законного полноценного существования.

Таким образом, даже если удалить из некоторой области пространства все реальные частицы, там все равно будут рождаться и уничтожаться частицы виртуальные. Вакуум представляет собой не пустоту и покой, а беспрерывное кипение виртуального океана!

На языке волн и полей эта картина может быть описана как принципиально неустранимые хаотические колебания всех физических полей в «пустом пространстве». Эти колебания принято называть.

пулевыми. Нулевые колебания, например, электромагнитного поля должны приводить к тому, что стрелка чувствительного к нему прибора никогда не сможет упокоиться на нулевой отметке: даже при полном отсутствии источников поля она будет беспорядочно плясать вокруг нуля.

Нулевые колебания (или, на корпускулярном языке, беспрерывное рождение и уничтожение виртуальных частиц) имеют наблюдаемые последствия.

Во-первых, виртуальные частицы могут быть превращены в реальные. Подключим к батарее конденсатор, между обкладками которого нет ничего, кроме вакуума. Виртуальный электрон, возникнув, будет разгоняться по направлению к положительной обкладке, а его античастица, положительно заряженный позитрон, — к отрицательной. Если напряжение между обкладками настолько велико, что за время жизни виртуального электрона он успевает набрать необходимую энергию, он превратится в реальный электрон. Для сохранения заряда при этом рождается и позитрон, так что все выглядит как рождение электрон-позитронных пар «из пустоты». Описанный эффект наблюдался экспериментально.

Во-вторых, частота рождения виртуальных частиц в данной области зависит от физических условий в ней. Вблизи положительной частицы виртуальные электроны рождаются охотнее и чаще, чем вблизи отрицательной. Этот эффект приводит к тому, что каждая заряженная частица оказывается окружена как бы облаком (физики говорят «шубой») виртуальных частиц противоположного знака. В результате электроны в атоме притягиваются к ядру не так сильно, как если бы вакуум был просто пустотой. Это, в свою очередь, проявляется в спектрах излучения атомов: спектральные линии слабо, но заметно сдвигаются от своих «законных» положений. Величину сдвига, вызванного влиянием виртуальных частиц, для атома водорода рассчитал американский физик Лэмб. Эксперименты подтвердили предсказанное значение лэмбовского сдвига спектральных линий.

Последнее свидетельство существования виртуальных частиц, которое мы рассмотрим, — эффект Казимира:

Г между любыми двумя близко расположенными пластинами возникает слабая, но измеримая сила притяжения.

Объясняется это тем, что в любом ограниченном пространстве виртуальные частицы рождаются реже, и потому давление газа виртуальных частиц на пластины снаружи (давление «пустоты»!) не уравновешивается давлением изнутри. Существование и величина эффекта Казимира также подтверждены экспериментально.

Таким образом, вакуум оказывается отнюдь не безжизненной пустотой. Он обладает сложной и динамичной структурой; он взаимодействует с веществом. Имеются наблюдательные и теоретические указания на то, что вакуум обладает определенной энергией, причем возможны различные состояния вакуума, в которых его свойства и энергия различаются (п. 5.1.4). Все это заставляет сделать вывод, что.

^ вакуум наряду с веществом, состоящим из частиц, и полем, переносящим взаимодействия между частииами, является формой су;

I шествования материи.

Итак, развитие науки подтвердило правоту как древнегреческих атомистов («все состоит из атомов»), так и их оппонентов во главе с Аристотелем, отрицавших существование в мире абсолютной пустоты.