daca tu dintr-o dată urmăriți știrile științifice și pseudoștiințifice, poate ați dat peste alta poveste de groază de la Stephen Hawking. Acolo amenință din nou întreaga lume cu Armaghedonul. Mai exact, Hawking, desigur, nu a spus așa ceva, doar își promovează noua carte Starmus, care va fi lansată în octombrie, iar mass-media, ca de obicei, preia și răspândește știrile în întreaga lume - „Hawking a spus că există două viduri în lume, unul fals și unul adevărat.” „În curând tot ceea ce este fals va deveni adevărat și totul va lua sfârșit”.
Desigur, aceasta este o prostie completă și nu trebuie să vă fie teamă; Armaghedonul este amânat la infinit. Dar aș vrea să vă spun ce este un vid fals și de ce nu ar trebui să vă fie frică de el. Prin tradiție, voi face asta pe degetele tale™.
Ideea este destul de veche, de altfel, și Hawking nu a venit cu ea. Acesta circulă în cercurile științifice încă din anii 70 ai secolului trecut. Și Hawking pare să fi găsit o altă soluție inteligentă pentru acest moment complet teoretic concepte. Pentru a înțelege ce este vid fals, mai întâi trebuie să-ți dai seama ce este un vid adevărat, adevărat.
Prin însuși sensul cuvântului „vid” pare a fi un gol complet, absolut. Dar avem gol, ca să spunem așa, diferite grade de prospețime, hai să trecem prin fiecare.
Privește camera din poza din postare, de obicei dacă nu sunt oameni în cameră se spune că este goală. Dar, pe lângă oameni, în cameră pot fi o grămadă de obiecte diferite, scaune, canapele, dulapuri, covoare pe pereți (dar ar trebui să fie pe podea!) și așa mai departe.
Vom îndepărta toate obiectele din cameră și absolut totul - vom răsuci prizele de pe pereți, vom smulge plintele, vom îndepărta laminatul, vom trage pervazurile. Acum camera este complet goală. Dar este acesta un vid? E plină de aer! Apropo, un metru cub de aer la nivelul mării cântărește aproximativ un kilogram, iar un metru cub de apă cântărește exact o tonă. Aceasta înseamnă că într-o cameră standard de 3x5 metri există puțin mai puțin de 40 de kilograme de aer, ținând cont de plafoanele standard Hrușciov.
Dar au scos și aerul, adică. toate moleculele, toată substanța care era înăuntru, acum avem vid? Nu, sunt încă multe câmpuri acolo! Dacă există lumină în cameră (nenoroc, ai uitat să pui becul deoparte!), atunci fotonii de lumină zboară înainte și înapoi prin cameră. Dacă cineva a instalat un punct de acces Wi-Fi lângă perete, Wi-Fi-ul își trimite și undele electrice în cameră. Plus ca reteaua celulara este primita de la cel mai apropiat turn, plus toata camera este impregnata cu frecvente radio si TV, si inca tac ca in nebuloasa din constelatia Hercules a explodat o supernova si ne-a inundat toata camera, si ce camera există, întregul Pământ cu radiații gamma. Vom elimina toate radiațiile electromagnetice posibile din cameră și o vom proteja complet. Cu toate acestea, camera este plină de radiații cosmice de fundal cu microunde (noroc în eliminarea ei!) și este străpunsă de trilioane de neutrini pentru fiecare milimetru cub de volum. Aaaa!!!
Pe scurt, ne-am încordat și am scos tot, tot, tot ce era posibil din cameră. L-au îngrădit de orice și pentru a-l proteja de neutrini au construit ziduri de plumb groase de 2-3 ani lumină de jur împrejur. Abia acum am început să ne apropiem de conceptul de vid absolut. Acest lucru nu se întâmplă în natură, desigur. Dar departe, departe de galaxii, în golurile cosmice, poți găsi ceva asemănător, deși încă nu există nicio scăpare din radiația cosmică de fond cu microunde. Dar chiar și acolo, un proton rătăcit se va strecura, apoi un neutrin, apoi câțiva fotoni dintr-o galaxie din apropiere vor zbura înăuntru.
Deci, am îndepărtat totul, absolut tot ce era posibil din cameră, ne-am făcut absolut curat, proaspăt, geros temperatura vidului 0 Kelvin (pentru că nu există nicio materie, nici câmpuri - nicio temperatură) și m-am întrebat care s-a dovedit a fi energia conținută în volumul acestei încăperi. Răspunsul logic ar fi exact zero și apoi imediat - da!
Cert este că există lucruri pe care le putem scoate din cameră (aspiratorul), dar există lucruri care nu pot fi îndepărtate de acolo. Fundamental.
În primul rând, acestea sunt așa-numitele fluctuații de vid cuantic. Ar dura mult timp pentru a explica ce este aceasta în detaliu, pe degetele tale™ putem spune că chiar și într-un vid absolut gol la nivel cuantic, un fel de mișcare are loc în mod constant. Vidul fierbe la nivel cuantic; nenumărate particule virtuale se nasc și dispar în el fără întrerupere, fie sărind din marea Dirac, fie scufundându-se înapoi. Este imposibil să te ferești de fluctuațiile de vid; aceasta este o proprietate a vidului în sine; ele sunt întotdeauna acolo.
În al doilea rând, s-a întâmplat ca în vid să fi vărsat cineva energie întunecată. Acesta este cel care este responsabil pentru repulsia accelerată a galaxiilor. Nu avem idee ce fel de energie este aceasta, obișnuiam să credem că acestea sunt fluctuații de vid, dar apoi am calculat - nu, nu sunt. Si inca ceva. „Energia întunecată” este doar un nume. Poate că nu este deloc întuneric, poate nici măcar energie. Dar există, nu poate decât să existe. De aceea este pur și simplu considerată o altă proprietate a vidului în sine, precum fluctuațiile de vid, dar oarecum diferită.
În al treilea rând, bosonul Higgs recent descoperit. Semnificația acestui boson este că un anumit câmp Higgs se extinde în tot Universul, din care acest boson este un cuantic. Acest domeniu, din nou, este peste tot și peste tot, nu te poți ascunde de el (conform conceptelor științifice moderne), ceea ce înseamnă că și în cel mai gol vid este în mod necesar prezent.
În al patrulea rând, altele câmpuri universale sau regulat porcării întunecate, despre care încă nici nu știm și nici nu știm.
Toate acestea ne spun că până și cel mai gol metru cub de vid mai conține ceva energie (cel puțin suma celor deja menționate), adică. putem spune, deși foarte figurat, că un metru cub de vid cântărește ceva, pentru că dacă are energie, atunci este un emcequadrat!
De ce astăzi în știință se acceptă oficial că un vid absolut nu este ceva „absolut gol”, ci ceva care are, în principiu, valoarea energetică minimă posibilă. Dacă desenați un grafic al energiei, veți obține această squiggle:
Din poză, câteva lucruri sunt imediat vizibile și înțelese (de aceea am adus-o în discuție).
Vidul nostru este în cel mai jos punct roșu al graficului, valoarea energiei acolo este minimă, dar nu este zero. Graficul nu atinge axa zero, ci este situat puțin deasupra acesteia.
Și imediat toate ideile din serie sunt luate deoparte - „din moment ce energia vidului nu este zero, este posibil să o punem în acțiune cumva, să zicem, să construim un fel de centrală electrică vicleană care funcționează pe vid?” Este evident că este imposibil. Dacă puneți o minge într-o gaură, indiferent ce ați face cu ea, ea se va întoarce totuși la punctul cel mai de jos. Acestea. pentru a construi un fel de „motor folosind energia vidului”, trebuie să luați această energie din vid și să o dați motorului, dar acest lucru este imposibil de făcut, energia unui vid este la minimum.
Acum să trecem la vidul fals. De îndată ce oamenii de știință au ghicit poza pe care am dat-o mai sus, a apărut imediat o suspiciune: dacă asta nu întreaga imagine, dar doar o parte din ea? Dintr-o dată, dacă ne îndepărtăm doi pași de el, se va deschide o perspectivă mai largă și imaginea completă va arăta de fapt astfel:
Acestea. ceea ce numim adevăratul nostru vid este doar una dintre gropi (Vidul A). Când vidul real, adevărat adevărat este și mai jos (Vidul B). Poate că în acel vid intensitatea câmpului Higgs este mai mică, sau există mai puțină energie întunecată sau altceva. În acest caz, ceea ce avem în Universul nostru nu este un vid adevărat, ci un vid fals. Ei bine, fals și fals. Pentru noi nu este prea mare diferență, ne putem trăi toată viața în acest vid fals și să nu dea doi bani. Și nici măcar nu știu că el De fapt fals, dar există undeva mult mai adevarat.
Dar există întotdeauna șansa ca acest freebie să se termine brusc. Natura se străduiește întotdeauna pentru un minim de energie. Ea nu poate sări singură de la un vid fals la unul adevărat (de la o gaură mică la una mai mare); pereții nu îi permit și interferează cu ea.
Dar dacă „împingi mingea mai tare”? Ce se întâmplă dacă ai lovi un vid cu atâta energie încât sări în sus și cade în starea unui alt vid, unul mai adevărat? Apropo, acesta se poate dovedi a fi fals, lângă care se va afla deja Adevărat adevărat, dar pentru noi acest lucru nu este important. Este important pentru noi să se întâmple niște prostii, iar vidul nostru să sară din starea noastră în cea vecină, „inferioară”.
Îți spun imediat, așa va fi foarte rău. Și tuturor și tuturor. Un articol non-ficțiune bun nu ar fi complet fără un mic Armaghedon la sfârșit. Și atunci sfârșitul lumii vine la toată lumea și este total. Proprietățile tuturor celorlalte particule și câmpuri situate în el depind de proprietățile vidului. Toți electronii și protonii noștri, din care suntem făcuți, își vor schimba imediat proprietățile, vor avea sarcini diferite, sau un fel de rotiri, sau alte prostii nebunești. Și asta înseamnă că toți atomii vor cădea imediat în bucăți, sau se vor evapora sau se vor anihila, stelele vor exploda sau se vor stinge, sau... pe scurt, orice se poate întâmpla și, conform legii probabilității, ceva rău se va întâmpla cu siguranță. întâmpla. Șansa ca totul să rămână ca înainte este minimă, pentru că dacă modificați ușor oricare dintre constantele Universului existent, totul se prăbușește imediat. Este, desigur, că un alt Univers este construit chiar acolo în locul său, dar pentru noi, ca organisme vii constând din compuși specifici de molecule chimice, această schimbare nu va fi deloc fericită.
Nu pot rezista plăcerii de a descrie cum se va întâmpla totul. În primul rând, o bucată („particulă”, „atom”, ca să spunem așa) din vid va sări de la o stare falsă la una adevărată, sau cel puțin una mai mică. Și va trage imediat cu el pe toți vecinii săi. Calculele de acolo nu sunt foarte simple, dar geniile sumbre au calculat deja că o singură bucată nu se va descurca - îi va trage pe toată lumea în jos cu ea. Va curge ca apa printr-un tub de la vasul superior spre cel inferior, științific vorbind: gradientul va fi îndreptat spre minimul inferior. În jurul punctului săriturii inițiale, o minge dintr-un alt spațiu, un alt vid, va începe de fapt să se umfle cu viteza luminii. Tot ceea ce atinge mingea, absoarbe imediat, transformându-se în praf și vapori de particule elementare, sau devine grea în plumb și este complet înghețată, sau se aprinde la un milion de grade, sau chiar toți atomii, toată materia se transformă instantaneu într-un curent pur-radiant energie și se împrăștie în toate direcțiile cu viteza luminii. Aici este imposibil de spus dinainte, orice se poate întâmpla, dar evident că nu rămâne la fel. Deoarece limitele mingii se despart aproape cu viteza luminii, este imposibil să vezi în avans și să fii avertizat despre dezastru. Informații că o minge mortală se repezi spre tine alt vid se răspândește aproape cu aceeași viteză cu care se umflă balonul însuși. Pur și simplu îți trăiești viața, rănești pe un rulou franțuzesc, te caci în comentarii sau fugi de albinele sălbatice din Mozambic și apoi - bam! Totul în jur a dispărut, inclusiv pe tine. Nu va doare, nu va fi înfricoșător, doar într-o clipă lumea noastră se va sfârși și gata. Iar valul va merge mai departe, va absorbi Cassiopeia, nebuloasa Andromeda, superclusterul triunghiular... Va fi un sfârșit de lume foarte plictisitor și nimeni nu va putea prezice, avertiza sau măcar simți. Luați în considerare că luminile din Univers au fost pur și simplu stinse.
De unde poate începe un astfel de Armogedian? Există două opțiuni. Sau ceva va împinge „mingea de vid” atât de sus, încât va sări peste bariera care separă diferitele stări de vid. Calculele de aici sunt toate pur ipotetice, desigur. Vaughn Hawking a născut, a născut și a născut, că un astfel de truc ar necesita o energie de ordinul a 100 miliarde GeV sau 100 milioane TeV. Cum a făcut-o - nimeni nu știe. Cel mai probabil, Hawking s-a jucat cu constantele lumii, a împărțit ceva undeva, s-a înmulțit, a luat rădăcini și a dat răspunsul. Ei bine, la o asemenea energie ar trebui să se nască un boson Higgs viclean, care din câmpul Higgs obișnuit să facă un alt câmp Higgs, cu caracteristici diferite. Și asta înseamnă o densitate diferită de energie a vidului, iar apoi totul urmează scenariul pe care l-am descris mai sus.
Dacă Hawking persecută sau nu, nimeni nu știe. A făcut niște calcule și ne-a dat rezultatul. Toată presa a trâmbițat imediat - „Hawking a prezis sfârșitul lumii, este programat pentru vinerea viitoare!” Cineva a estimat deja dimensiunea ciocnitorului necesară pentru a obține astfel de energii; ar trebui să fie mult mai mare decât planeta Pământ. Dar aici este chestia.
Îți amintești, înainte de lansarea LHC-ului a existat isterie în lume (mai mult, bineînțeles, în presă) că coliziunile la colisionar ar crea o gaură neagră teribilă care ne-ar mânca pe toți? Dacă nu știți, energia de coliziune a LHC, o puteți căuta pe Wikipedia - 14 TeV (14x10 12 electroni volți). Și așa-numitele „raze cosmice” plouă periodic pe Pământ direct deasupra capului nostru, în care unele particule ating energii de milioane de ori mai mari decât astfel de energii. Nu se știe de unde provin aceste particule. Și mai rău, ele nu ar trebui să existe deloc. Există așa-numita limită GZK (limita Greisen-Zatsepin-Kuzmin după numele oamenilor de știință care au descoperit-o). El spune că o particulă cu o energie mai mare de 50 EeV (exaelectronvolt, 5x10 19) nu poate ajunge pe Pământ. Toate particulele de energie superioară trebuie literalmente „încetiniți radiația cosmică de fond cu microunde”și să nu ajungă pe Pământ. Dar haide, zboară, și cu energii mult mai mari. Acesta este încă un mister nerezolvat al științei, de unde își au originea și cum ajung la noi, de unde paradoxul cu același nume.
Deci, aceste particule există, ele zboară către noi și eliberează ordine de energie mult mai mari decât își pot imagina oamenii patetici cu toate rezervoarele și sincrofastronii lor. Și nimic, nu se formează găuri negre, Universul nu moare. Așa că este prea devreme să ne facem griji pentru asta; cel mai probabil nu ar trebui să ne fie frică de niciun boson viclean.
Dar există o altă opțiune pentru ca un vid să treacă de la o stare falsă la una adevărată. Spontan. Nu depinde de nimic, de nicio particule, energii sau ciocniri. Datorită doar legilor mecanicii cuantice. În această mecanică, există un așa-numit efect de tunel, atunci când o particulă poate să „sare peste un potențial munte” și să ajungă în spatele lui, în sensul literal - ca și cum ai merge printr-un tunel prin și direct. În acest caz, acesta nu este un incident amuzant de teorie, interesant doar sub forma unei formule viclene pe hârtie. Cu toții folosim acest efect în electronica noastră chiar acum, de exemplu, în computerul sau tableta cu care citiți postarea curentă, probabil că există și o diodă tunel, un tranzistor sau un alt microcircuit complicat care utilizează direct acest efect mecanic cuantic. pentru beneficiul său direct (adică al nostru).
Deci, într-o situație cu un vid fals, se poate întâmpla ca vreun nenorocit să sară peste munte fără motiv. Și va trage cu el și restul universului. Șansele unui astfel de rezultat sunt foarte, foarte mici (în mecanica cuantică, în general, orice se poate întâmpla, dar cu o anumită probabilitate în fiecare caz specific). Riscurile aici sunt, în general, incalculabil de mici; numărul de zerouri după virgulă zecimală în probabilitatea unui astfel de eveniment nu s-ar încadra în nicio galaxie, chiar dacă ar fi tipărite cu litere mici direct în vid. Totuși, Universul este și destul de mare (poate infinit). Cine știe, poate undeva s-a produs deja acest salt de tranziție, iar un alt Univers se îndreaptă spre noi cu sabia incinerătoare a lui Nemesis la viteza luminii, cu nou, imbunatatit(dar, vai, nu pentru noi) prin legile fizicii.
Pe de altă parte, dacă această minge a apărut la un miliard de ani lumină distanță, nu trebuie să vă faceți griji. Va mai rămâne un miliard (sau cinci, sau zece, cine știe) de ani. În acest timp, vor avea loc cu siguranță multe mai multe evenimente și cataclisme interesante și mortale, civilizația umană va avea ocazia să fie distrusă de o sută de ori mai mult - merită să ne temem de al 101-lea, care este, de asemenea, instantaneu și nedureros?
Foarte des, când vorbesc despre spațiu, oamenii își imaginează o imagine în care obiectele cerești „atârnă” într-un anumit mediu, care în momente diferite, în funcție de conceptele științifice dintr-un anumit stadiu al cunoașterii, a fost numit eter, gol sau vid. În secolul XXI, oamenii de știință clasifică acest mediu spațial în tipuri și subtipuri: vid absolut, vid tehnic, fizic, cosmic și un întreg grup de vacuumuri false.
În general, ce este un vid? De ce sunt atât de multe și cum să le distingem? O definiție simplă a vidului sună, de asemenea, simplu de înțeles: „Un vid este un mediu cu presiune scăzută, foarte diferit de presiunea atmosferică”. Secretul constă în cuvântul „puternic”. Iar inginerii și oamenii de știință se vor întoarce imediat la cifre. Deci, presiunea substanței într-un mediu de vid (pe pereții vasului din care a fost pompat aerul) ar trebui să fie mai mică de o atmosferă sau ~101,35 kPa (kiloPascali) la nivelul mării. Un cititor atent va întreba imediat: ce presiune într-o cameră de vid determină vidul?
Fiind pe Mama Pământ, dragă cititor, să începem excursia noastră în lumea aspiratoarelor din fabrici și laboratoare de cercetare. Astăzi, cel mai popular vid în întreprinderi este vidul tehnic. Este nevoie de fabricile de echipamente electronice și fabricile farmaceutice, institutele medicale și biotehnologice, laboratoarele de radiobiologie și de mediu, precum și la Large Hadron Collider în inele de accelerare. Este împărțit în mai multe subtipuri: vid scăzut sau vid anterior, vid înalt și ultra-înalt (sau profund).
Prevacuum conține zece până la a șaisprezecea molecule de putere într-un centimetru cub. Vidul înalt conține de 100.000 de ori mai puține molecule pe centimetru cub decât pentru vid. Iar vidul ultra-înalt este încă de 10.000 de ori mai mic decât vidul înalt. Este bun pentru microscoapele electronice. Vidul tehnic poate fi considerat ca o stare specială a unui mediu aproape gol. Datorită proprietăților sale - nu conduce căldura - este folosit în vasele Dewar, unde, de exemplu, azotul lichid este stocat și transportat.
https://authortoday-a.akamaihd.net/posts/1271/attachments/5064720bc7094e8ba4cd7e47fced49a9.jpg
Acum să trecem la lumea Physical Vacuum. Acest termen se referă la un spațiu în care nu există absolut nici o particule reale de materie atomică. Dar... Vidul fizic nu este gol - este umplut cu un anumit câmp energetic în starea cea mai scăzută de energie, iar fizicienii îl numesc termenul „câmp cuantizat”. Are moment zero, moment unghiular zero și multe alte caracteristici zero, importante, de exemplu, pentru cercetătorii care lucrează în domeniul fizicii energiilor înalte la acceleratoare (LHC, Tevatron etc.). În bulionul energetic al Vidului Fizic, particulele ireale, virtuale, se nasc și dispar în mod constant. Aceste procese se numesc oscilații în punctul zero ale stării energetice a vidului. În acest caz, nu vorbim despre densitatea materiei, ci despre densitatea de energie în vid.
Când discută despre vidul fizic, specialiștii încearcă să înțeleagă fenomene atât de neobișnuite precum stările de vid, numite Viduri false. Desigur, această întrebare interesează mai degrabă oamenii de știință decât, să zicem, grădinarilor. Oscilațiile zero menționate mai sus ale vidului fizic creează uneori, parcă, viduri suplimentare cu energie puțin mai mare decât zero. Dar Vidul Fals există pentru o perioadă foarte scurtă de timp (într-un spațiu local limitat) și nu este capabil să genereze particule reale. După ceva timp, această bulă de energie din bulionul altor energii „se prăbușește” într-un adevărat vid.
Ei bine, dragi cititori și vizitatori, să trecem într-o altă lume și, în sfârșit, să ne familiarizăm cu Vidul Cosmic. Această stare uimitoare a materiei îi îngrijorează pe mulți astăzi: de la astronomi, cosmologi și fizicieni, până la astronauți, turiști spațiali, designeri de nave spațiale și scriitori de science fiction. Vidul Cosmic, deși aproape de Vidul Fizic, nu este absolut sau absolut gol, în sensul de a fi umplut cu materie și energie. Umplerea principală a Vidului Cosmic este câmpurile energetice, raze cosmice, plasmă, unde radio, fotoni (quanta gamma) din spectrul optic și non-optic (termic și raze X). Nu mă concentrez pe materia întunecată și energia întunecată, deși nici aceasta nu trebuie uitată.
În spațiul profund, rămâne extrem de puțină materie adevărată (molecule sau atomi): de la 1000 (în cel mai bun caz) la 1 bucată într-un centimetru cub. Amintiți-vă că raza medie a unui atom este de un angstrom sau zece la minus a opta putere a unui centimetru. Având în vedere dimensiunea unui atom în comparație cu latura acestui cub, ne putem imagina interacțiunea a doi atomi ca o comunicare a doi gândaci, dacă unul dintre ei locuiește la Washington și celălalt la Moscova. Chiar dacă „ungeți” o mie de atomi în acest volum, atunci chiar și la o astfel de distanță atomii nu vor putea transfera energie unul altuia sau gândacii își vor putea zgâria reciproc fețele cu antenele.
Desigur, apare o întrebare. Dacă toate corpurile cerești din Univers interacționează între ele, atunci cum sunt transmise semnalele în spațiu, în vidul cosmic? În primul rând, să ne amintim principalele patru tipuri de interacțiuni fizice: interacțiuni electromagnetice, puternice (nucleare), slabe (folosind bosoni gauge) și interacțiuni gravitaționale și, în consecință, câmpuri. Aici proverbul este mai potrivit ca oricând: fiecare legumă are timpul ei, iar noi vom adăuga: tot un loc. Să renunțăm la câmpurile cu rază scurtă de acțiune și să acordăm atenție doar câmpurilor electromagnetice și gravitaționale.
Nucleele galactice active, care trăiesc din cauza unor procese puternice, pot exploda periodic, eliberând energie colosală, plasmă magnetizată, diverse radiații în spectrul optic, ultraviolet, cu raze X și unde radio și, desigur, jeturi de gaz dirijate îngust (de obicei sunt două dintre ei). Pene de gaz de rachete se întind din centrul exploziei pe zeci de kiloparsecs. Viteza materiei într-un flux de gaz atinge abia 500 km/sec (comparativ cu viteza luminii) și scade treptat, iar densitatea materiei devine comparabilă cu o bucată pe centimetru cub.
Masa principală de nori de gaz și praf și plasmă ejectată este dusă de câmpul gravitațional puternic al nucleului rotativ al galaxiei în sine și rămâne în regiunea discului de acreție, ne extinzându-se dincolo de 3-4 kiloparsec. Deși erupțiile generează raze galactice cosmice, care au viteze cosmice ale vântului galactic și, cu toate acestea, transportă o cantitate foarte rarefiată de materie. Totul se încadrează în conceptul de vid cosmic.
Evident, această cantitate de substanță nu este potrivită pentru transmiterea semnalelor sonore obișnuite. Prin urmare, în Vidul Cosmic există unde longitudinale mecanice (sau altfel unde de densitate a materiei sau alternanță de zone de compresie și rarefacție), altfel nu apar vibrații acustice sau sunet. Ponderea leului din energia explozivă (~90%) a nucleului galactic merge în radiații optice, raze X și emisii radio, și nu în materie. Aceste tipuri de semnale se propagă în spațiu.
https://authortoday-a.akamaihd.net/posts/1271/attachments/33e0d837cce743a49bbf7c7f0205ee8a.jpg
Vidul cosmic nu este doar cuvinte și raționament abstract. Astăzi, la stațiile orbitale, este utilizat în mod activ în procesele ultrafine din tehnologia spațială: creșterea cristalelor ultrapure pentru detectoare sensibile, precum și fabricarea de celule solare pe pelicule subțiri.
Dragi cititori, încă nu am luat în considerare lumea vidului lui Einstein, care este necesar în teoriile generale și speciale ale relativității. Cu toate acestea, aceasta este o poveste complet diferită și le vom lăsa teoreticienilor să se joace cu ecuațiile cosmologice.
spațiu, interesant
— Poți să faci ceva din nimic, unchiule? - „Nu, prietene, nimic nu va ieși din nimic.”
Shakespeare, „Regele Lear” (tradus de T.L. Shchepkina-Kupernik)
Aspiratorul este un spațiu gol. Este adesea folosit ca sinonim pentru „nimic”. Acesta este motivul pentru care ideea energiei vidului părea atât de ciudată când Einstein a propus-o pentru prima dată. Cu toate acestea, sub influența progreselor în teoria particulelor elementare din ultimele trei decenii, atitudinea fizicienilor față de vid s-a schimbat radical. Cercetarea în vid continuă și cu cât aflăm mai multe despre el, cu atât pare mai complex și mai uimitor.
Conform teoriilor moderne ale particulelor, vidul este un obiect fizic; poate fi încărcat cu energie și poate fi într-o varietate de stări. În terminologia fizicienilor, aceste stări sunt numite diferite viduri. Tipurile de particule elementare, masele și interacțiunile lor sunt determinate de vidul subiacent. Relația dintre particule și vid este similară cu cea dintre undele sonore și materialul prin care se deplasează. Vidul în care trăim este în starea cea mai scăzută de energie, se numește „vid adevărat”. Este posibil ca vidul nostru să nu fie cea mai scăzută energie. Teoria corzilor, care este astăzi principalul candidat pentru rolul celei mai fundamentale teorii fizice, presupune existența vacuului cu energie negativă. Dacă ele există cu adevărat, atunci vidul nostru se va dezintegra spontan cu consecințe catastrofale pentru toate obiectele materiale conținute în el.
Fizicienii au adunat o mulțime de cunoștințe despre particulele care locuiesc în acest tip de vid și despre forțele care acționează între ele. Forța nucleară puternică, de exemplu, leagă protonii și neutronii în nucleele atomice, forțele electromagnetice mențin electronii pe orbitele lor în jurul nucleelor, iar forța slabă este responsabilă pentru comportamentul particulelor de lumină evazive numite neutrini. Conform numelui lor, aceste trei forțe au puteri foarte diferite, forța electromagnetică fiind undeva între puternic și slab.
Proprietățile particulelor elementare din alte viduri pot fi complet diferite. Nu se știe câte vacue diferite există, dar fizica particulelor sugerează că probabil ar trebui să mai existe cel puțin două, cu o simetrie mai mare și o varietate mai mică de particule și interacțiuni. Primul dintre ele este așa-numitul vid electroslab, în care interacțiunile electromagnetice și slabe au putere egală și apar ca componente ale unei singure forțe combinate. Electronii din acest vid au masă zero și nu se pot distinge de neutrini. Se mișcă cu viteza luminii și nu pot fi conținute în atomi. Nu este de mirare că nu trăim în acest tip de vid.
Al doilea este vidul Marii Uniri, în care toate cele trei tipuri de interacțiuni între particule se îmbină. În această stare extrem de simetrică, neutrinii, electronii și quarcii (care formează protonii și neutronii) devin interschimbabili. În timp ce un vid electroslab există aproape sigur, un vid Grand Unified este o construcție mult mai speculativă. Teoriile particulelor care prezic existența acesteia sunt teoretic atractive, dar implică energii extrem de mari, iar dovezile lor observaționale sunt puține și în mare parte indirecte.
Fiecare centimetru cub de vid electroslab conține energie colosală și - conform relației lui Einstein dintre masă și energie - masă enormă, aproximativ zece milioane de trilioane de tone (aproximativ masa Lunii). Confruntați cu numere atât de uriașe, fizicienii trec la o notație scurtă a numerelor, exprimându-le în puteri de zece. Un trilion este un unu urmat de 12 zerouri; este scris ca 10^12. Zece milioane de trilioane este unul urmat de 19 zerouri; adică densitatea de masă a unui vid electroslab este de 10^19 tone pe centimetru cub. Pentru vidul Marii Uniri, densitatea masei se dovedește a fi și mai mare și monstruos mai mare - de 10^48 de ori. Inutil să spun că acest vid nu a fost niciodată creat într-un laborator: aceasta ar necesita mult mai multă energie decât este disponibilă cu tehnologia actuală.
În comparație cu aceste valori uluitoare, energia unui vid adevărat obișnuit este neglijabilă. S-a crezut mult timp că este exact zero, dar observațiile recente indică faptul că vidul poate avea o energie pozitivă mică, echivalentă cu masa a trei atomi de hidrogen pe metru cub. Semnificația acestei descoperiri va deveni clară în capitolele 9, 12 și 14. Vacua de înaltă energie este numită „vacua falsă” deoarece, spre deosebire de vidul adevărat, ele sunt instabile. După un timp scurt, de obicei o mică fracțiune de secundă, vidul fals se dezintegrează, transformându-se într-unul adevărat, iar excesul său de energie este eliberat sub forma unui glob de foc de particule elementare. În capitolele următoare ne vom uita la procesul de dezintegrare a vidului mult mai detaliat.
Dacă un vid are energie, atunci, potrivit lui Einstein, trebuie să aibă și tensiune. Această concluzie este ușor de înțeles din simple considerații energetice. O forță acționează întotdeauna asupra unui obiect fizic în direcția scăderii energiei acestuia. (Mai exact, energia potențială, care este componenta energiei care nu este asociată cu mișcarea.) De exemplu, forța gravitației trage obiectele în jos, în direcția energiei descrescătoare. (Energia gravitațională crește odată cu înălțimea deasupra solului.) Pentru un vid fals, energia este proporțională cu volumul pe care îl ocupă și poate fi redusă doar prin micșorarea volumului. Prin urmare, trebuie să existe o forță care să determine comprimarea vidului. Această forță este tensiune.
Dar tensiunea creează un efect gravitațional respingător. În cazul vidului, repulsia este de trei ori mai puternică decât atracția gravitațională cauzată de masa sa, deci totalul este o repulsie foarte puternică. Einstein a folosit această antigravitație a vidului pentru a echilibra atracția gravitațională a materiei obișnuite în modelul său în stare de echilibru al lumii. El a descoperit că echilibrul se atinge atunci când densitatea masei materiei este de două ori mai mare decât a vidului. Guth a propus un alt plan: în loc să echilibreze Universul, a vrut să-l umfle. Așa că a permis ca gravitația respingătoare a vidului fals să domine, fără opoziție.
Inflația spațială
Alan Guth în biroul său de la Institutul de Tehnologie din Massachusetts. Guth este mândru câștigător al competiției Boston Globe din 1995 pentru cel mai aglomerat birou.
Ce s-ar întâmpla dacă, în trecutul îndepărtat, spațiul Universului ar fi într-o stare de vid fals? Dacă densitatea materiei în acea eră ar fi mai mică decât ceea ce este necesar pentru a echilibra Universul, atunci gravitația respingătoare ar domina. Acest lucru ar face ca universul să se extindă, chiar dacă nu s-ar fi extins inițial.
Pentru a ne defini ideile mai precise, vom presupune că Universul este închis. Apoi se umflă ca balonul din Figura 3.1. Pe măsură ce volumul Universului crește, materia devine rarefiată și densitatea ei scade. Cu toate acestea, densitatea de masă a vidului fals este o constantă fixă; rămâne mereu la fel. Așa că foarte repede densitatea materiei devine neglijabilă, rămânem cu o mare omogenă în expansiune de vid fals.
Expansiunea este cauzată de tensiunea vidului fals care depășește atracția asociată cu densitatea masei sale. Deoarece niciuna dintre aceste cantități nu se modifică în timp, rata de expansiune rămâne exact constantă. Această rată este caracterizată de proporția în care Universul se extinde pe unitatea de timp (să zicem, o secundă). În sens, această valoare este foarte asemănătoare cu rata inflației din economie - creșterea procentuală a prețurilor pe an. În 1980, când Guth a predat un seminar la Harvard, rata inflației în Statele Unite era de 14%. Dacă această valoare ar rămâne constantă, prețurile s-ar dubla la fiecare 5,3 ani. De asemenea, o rată constantă de expansiune a universului implică faptul că există un interval fix de timp în care dimensiunea universului se dublează.
Creșterea care se caracterizează printr-un timp constant de dublare se numește creștere exponențială. Se știe că duce la numere gigantice foarte repede. Dacă astăzi o bucată de pizza costă 1 USD, atunci după 10 cicluri de dublare (53 de ani în exemplul nostru) prețul ei va fi de 1024 USD, iar după 330 de cicluri va ajunge la 10^100 USD. Acest număr colosal, unul urmat de 100 de zerouri, are un nume special - un googol. Guth a propus utilizarea termenului de inflație în cosmologie pentru a descrie expansiunea exponențială a Universului.
Timpul de dublare pentru un univers plin cu un vid fals este incredibil de scurt. Și cu cât energia vidului este mai mare, cu atât este mai scurtă. În cazul unui vid electroslab, universul se va extinde de un googol de ori într-o treizecime de microsecundă, iar în prezența unui vid Grand Unified, acest lucru se va întâmpla de 10^26 de ori mai repede. Într-o fracțiune de secundă atât de scurtă, o regiune de dimensiunea unui atom se va umfla la o dimensiune mult mai mare decât întregul Univers observabil de astăzi.
Deoarece vidul fals este instabil, în cele din urmă se dezintegrează și energia sa aprinde un glob de foc de particule. Acest eveniment marchează sfârșitul inflației și începutul evoluției cosmologice normale. Astfel, dintr-un mic embrion inițial obținem un Univers fierbinte, în expansiune, de dimensiuni enorme. Și ca un bonus suplimentar, acest scenariu elimină în mod miraculos problemele de orizont și geometrie plană inerente cosmologiei Big Bang.
Esența problemei orizontului este că distanțele dintre unele părți ale Universului observabil sunt de așa natură încât aparent au fost întotdeauna mai mari decât distanța parcursă de lumină de la Big Bang. Acest lucru presupune că nu au interacționat niciodată unul cu celălalt și atunci este dificil de explicat cum au atins aproape exactă egalitatea de temperaturi și densități. În teoria Big Bang standard, distanța parcursă de lumină crește proporțional cu vârsta universului, în timp ce distanța dintre regiuni crește mai lent pe măsură ce expansiunea cosmică este încetinită de gravitație. Regiunile care nu pot interacționa astăzi se vor putea influența reciproc în viitor, când lumina acoperă în sfârșit distanța care le separă. Dar în trecut, distanța parcursă de lumină devine chiar mai scurtă decât ar trebui să fie, așa că dacă zonele nu pot interacționa astăzi, cu siguranță nu au fost capabile să facă acest lucru înainte. Rădăcina problemei constă astfel în natura atractivă a gravitației, care face ca expansiunea să încetinească treptat.
Cu toate acestea, într-un univers cu un vid fals, gravitația este respingătoare și, în loc să încetinească expansiunea, o accelerează. În acest caz, situația este inversată: zonele care pot schimba semnale luminoase își vor pierde această capacitate în viitor. Și, mai important, acele zone care sunt inaccesibile unul altuia astăzi trebuie să fi interacționat în trecut. Problema orizontului dispare!
Problema spațiului plat se rezolvă la fel de ușor. Se dovedește că Universul se îndepărtează de densitatea sa critică doar dacă expansiunea sa încetinește. În cazul expansiunii inflaționiste accelerate, opusul este adevărat: Universul se apropie de o densitate critică, ceea ce înseamnă că devine mai plat. Deoarece inflația extinde enorm universul, vedem doar o mică parte din el. Această regiune observabilă pare plată, asemănătoare cu Pământul nostru, care, de asemenea, pare plată când este privit de aproape de suprafață. Deci, o perioadă scurtă de inflație face Universul mare, fierbinte, uniform și plat, creând exact genul de condiții inițiale necesare pentru cosmologia standard Big Bang...
Barometrul cu vacuum cu mercur al lui Evangelista Torricelli, om de știință care a creat pentru prima dată un vid în laborator. Deasupra suprafeței mercurului din partea superioară a tubului sigilat este un „gol Torricelli” (un vid care conține vapori de mercur sub presiune de saturație... Wikipedia
Vidul (din latină vacuum void) este un mediu care conține gaz la presiuni semnificativ mai mici decât cele atmosferice. Vidul se caracterizează prin relația dintre calea liberă a moleculelor de gaz λ și dimensiunea caracteristică a procesului d. Sub d poate fi luat... ... Wikipedia
Vidul (din latină vacuum void) este un mediu care conține gaz la presiuni semnificativ mai mici decât cele atmosferice. Vidul se caracterizează prin relația dintre calea liberă a moleculelor de gaz λ și dimensiunea caracteristică a procesului d. Sub d poate fi luat... ... Wikipedia
Vidul (din latină vacuum void) este un mediu care conține gaz la presiuni semnificativ mai mici decât cele atmosferice. Vidul se caracterizează prin relația dintre calea liberă a moleculelor de gaz λ și dimensiunea caracteristică a procesului d. Sub d poate fi luat... ... Wikipedia
Vidul (din latină vacuum void) este un mediu care conține gaz la presiuni semnificativ mai mici decât cele atmosferice. Vidul se caracterizează prin relația dintre calea liberă a moleculelor de gaz λ și dimensiunea caracteristică a procesului d. Sub d poate fi luat... ... Wikipedia
Manuscrisul Voynich a fost scris folosind un sistem de scriere necunoscut Manuscrisul Voynich (în engleză Voynich ... Wikipedia
Inflația- (Inflația) Inflația este deprecierea unei unități monetare, scăderea puterii ei de cumpărare.Informații generale despre inflație, tipuri de inflație, care este esența economică, cauzele și consecințele inflației, indicatorii și indicele inflației, cum... ... Enciclopedia investitorilor
I Uretra (uretra; sinonim pentru uretra) este canalul excretor al vezicii urinare prin care urina este îndepărtată din corp spre exterior. Anatomie și histologie Uretra (Fig. 1) începe în partea inferioară a vezicii urinare (vezica urinară)… … Enciclopedie medicală
I Echinococoza (echinococoza) este o helmintiază din grupa cistodozelor, în care se formează chisturi hidatice în ficat, plămâni sau alte organe și țesuturi. E. se găsește cel mai adesea în Australia, Noua Zeelandă, America de Sud, Nord... ... Enciclopedie medicală
Cel mai incredibil sfârșit al lumii ar fi distrugerea lumii ca urmare a prăbușirii unui vid fals. În acest caz, nu numai oamenii, planeta, Soarele și Calea Lactee, ci și întregul Univers observabil ar înceta să mai existe. Oamenii de știință au speriat în mod repetat omenirea cu un astfel de viitor, în special pe filozoful Nick Bostrom, autorul lucrării „Are You Living in a Computer Simulation?” Cât de periculos este un adevărat vid pentru viața pe Pământ este în materialul Lenta.ru.
Vidul în teoria câmpului cuantic corespunde stării sistemului cu energia minimă posibilă. Toate procesele fizice dintr-o astfel de lume au loc cu energii care depășesc această valoare luată ca zero. Între timp, este posibil ca Universul sau partea sa observabilă să se afle într-un vid metastabil sau fals. Aceasta înseamnă că există o poziție energetică și mai favorabilă în care Universul poate evolua - un adevărat vid.
O descriere cantitativă a tranziției unui sistem de la un vid fals la unul adevărat a fost propusă pentru prima dată în anii 1970 de către fizicienii sovietici. Aproape în același timp, aceste întrebări au atras atenția oamenilor de știință americani. Până în prezent, a fost dezvoltat un aparat matematic care permite estimarea probabilității de tunelizare a unui sistem de la o stare inițială, metastabilă, la o a doua, mai stabilă. Se bazează în mare măsură pe fizica statistică și teoria câmpului cuantic, care formează baza așa-numitului formalism cosmologic al bulei.
În această abordare, se crede că lumea observabilă există într-un vid fals. Această stare, cel mai probabil, este de natură metastabilă - întregul Univers sau acea parte a acestuia pe care o vede o persoană poate fi într-o stare stabilă pentru o perioadă uriașă de timp la scară cosmologică, care, totuși, este finită. O bula de vid adevărat poate apărea într-o bula de vid fals. Evoluția Universului în acest caz are loc datorită decăderii stării metastabile inițiale.
Balonul vidului adevărat se extinde în interiorul balonului vidului fals în conformitate cu teoria relativității speciale, nu mai repede decât viteza luminii și distruge toată materia din lumea originală. De aceea vorbesc despre posibila moarte a Universului observabil. Cu toate acestea, analiza cantitativă a dezintegrarii false în vid este supusă unei mari incertitudini.
Principalul lucru care trebuie făcut este să estimați probabilitatea nașterii unei bule a unei noi faze cosmologice. Există două abordări principale care fac posibilă simplificarea cât mai mult posibil a problemei și obținerea de expresii explicite pentru probabilitatea de tranziție - abordarea pereților subțiri și groși. Obiectul de bază este potențialul Higgs (cunoscut și sub denumirea de potențial Ginzburg-Landau) al Modelului Standard - un concept modern de fizică a particulelor elementare. Conține câmpul Higgs, care este responsabil pentru apariția masei inerte în particule.
Formarea unei bule de vid adevărat într-o bula falsă corespunde unei tranziții de fază de ordinul întâi, când sistemul suferă o schimbare bruscă, și nu continuă, ca într-o tranziție de fază de ordinul doi. Principalul lucru în ambele aproximări este înălțimea barierei de potențial care separă vidul fals de cel adevărat. Aproximarea peretelui subțire funcționează atunci când diferența dintre minimele potențiale false și adevărate este mult mai mică decât înălțimea barierei dintre ele.
Dacă grosimea peretelui este mult mai mică decât raza bulei, contribuția principală la probabilitatea nașterii acesteia este mai degrabă de suprafață decât de energia volumetrică. Determinarea probabilității în acest caz se reduce la calcularea exponentului. Aproximarea peretelui gros este folosită mult mai rar în teoriile interesante din punct de vedere fizic. Și este clar de ce: în acest caz, probabilitatea formării de bule ale unei noi faze este suprimată exponențial - vidul fals este practic imposibil de distins de cel adevărat.
Probabilitatea tunelului depinde de corecțiile cuantice ale potențialului Higgs, în special de contribuția particulelor grele. În prezent, quarcul de top este considerat cea mai grea particulă elementară - masa sa depășește 173 gigaelectronvolți. Acesta este motivul pentru care descoperirile de noi particule grele sunt atât de importante pentru modelele cosmologice - pot afecta predicțiile privind stabilitatea lumii observabile.
Gravitația joacă un rol special în decăderea vidului - curbura spațiu-timp. În special, găurile negre microscopice, care pot apărea în urma ciocnirilor de particule de înaltă energie, cresc probabilitatea de naștere a bulelor de vid adevărate în vecinătatea lor de sute de ori. Dinamica bulelor cosmologice este și mai complexă dacă în Universul original se formează mai multe bule - extinzându-se și ciocnindu-se unele cu altele, ele creează o nouă lume cu un adevărat vid.
Astăzi nu se știe în ce stare se află Universul. Dacă este un adevărat vid, atunci nu este nimic de care să vă faceți griji. Dacă este fals, atunci, cel mai probabil, de asemenea - dimensiunile Universului observabil sunt prea mari pentru ca o nouă bulă, care se extinde cu viteza luminii, să umple întreaga lume într-un timp rezonabil conform standardelor umane. Cu toate acestea, există o excepție - dacă o nouă fază apare cumva în imediata vecinătate a umanității. Atunci Pământul ar putea muri aproape instantaneu.
