|
|
|
|
Этот документ использован в разделе "Теории мироздания" | Распечатать |
|
Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные частицы [173]: происходят так называемые нулевые колебания полей (см. Природа флуктуаций вакуума). Вот список известных эффектов, которые часто приписываются виртуальным частицам: Эффект нулевых колебаний полей приводит к следующим следствиям: Эффект Казимира Сила притяжения между двумя поверхностями в вакууме, впервые предсказанная Генрихом Казимиром (Hendrik Casimir) более 50 лет назад, может повлиять практически на все - от микроприборов до теорий Мироздания. Что произойдет если Вы возьмете два зеркала и установите их зеркальными сторонами друг к другу в пустом пространстве ? Да ничего не произойдет, скажете Вы. А на самом деле зеркала притягиваются друг к другу из-за того, что между ними находится вакуум. Это явление было впервые предсказанно немецким физиком-теоретиком Генрихом Казимиром в 1948 году, когда он работал в исследовательском центре Philips Research Laboratories в Эйндховене (Eindhoven) над коллоидными растворами. Это явление получило название эффекта Казимира, а сила, возникающая между зеркалами - сила Казимира. Долгие годы эффект Казимира был не многим более, чем интересной теорией. Но в последние годы интерес к этому явлению вырос. Физики-экспериментаторы обнаружили, что сила Казимира оказывает влияние на микромеханизмы, а прогресс в техническом оснащении сделал возможным измерение этой силы со значительно большей точностью. Интересен этот эффект и с точки зрения фундаментальной физики. Многие теории предсказывают существование "протяженных" дополнительных измерений в 10- и 11-мерных теориях. Согласно этим теориям, должно наблюдаться отклонение от классической ньютоновой гравитации на субмиллиметровых расстояниях. Измерения действия эффекта Казимира таким образом может помочь в проверке подобных гипотез. Может показаться, что флуктуации вакуума это некоторые абстракции, возникшие в больном мозгу физика, но это не так. Их наблюдаемые проявления вполне могут быть экспериментально обнаружены в микромире. Например, атом не будет оставаться бесконечно долго в возбужденном состоянии, а перейдет в основное, спонтанно испустив фотон. Это явление - следствие флуктуаций вакуума. Попробуйте удержать карандаш "прямостоящим" на конце пальца. Он будет стоять, но только если Ваша рука будет абсолютно устойчивой и ничто не будет нарушать равновесия карандаша. Но малейшее колебание повергнет карандаш в более устойчивое равновесное состояние. Так и атом в возбужденном состоянии - под действием флуктуаций вакуума он переходит в свое основное состояние. Сила Казимира - наиболее известное механическое проявление флуктуаций вакуума. Рассмотрим щель между двумя плоскими зеркалами как потенциальную яму . Все электромагнитные поля имеют характерный спектр, состоящий изо многих различных частот. В свободном вакууме все частоты равноправны. Но в потенциальной яме, где поле, отражаясь, "колеблется" между зеркалами, ситуация отлична от случая свободного вакуума. Поле усиливается, если целое число половин длин волн точно "помещается" в яму. Эти длины волн соответствуют "резонансу потенциальной ямы". Длины волн, отличные от резонансных, напротив, подавляются. Флуктуации вакуума подавляются или же усиливаются в зависимости от того, соответствуют их частоты резонансным или нет. При обсуждении силы Казимира нельзя не упомянуть о "давлении поля излучения". Каждое поле - даже вакуум - переносит энергию. Электромагнитные поля не просто распостраняются в пространстве - они еще и оказывают давление на поверхности, так же, как вода давит на плотину. Давление излучения растет с ростом энергии и, таким образом, с частотой электромагнитного поля. Давление излучения на резонансных частотах внутри полости сильнее, чем снаружи и зеркала отталкиваются. Вне резонанса же наоборот - давление внутри меньше, чем снаружи и зеркала притягиваются друг к другу. Так как отталкивание происходит на конкретном наборе частот, а притягивание - на всех остальных частотах, то притягивающая компонента все же "сильнее" отталкивающей. При этом необходимо отметить, что обе компоненты - как притягивающая, так и отталкивающая - существуют одновременно. Томас Эдет (Thomas Ederth) из Королевского Технологического Института (Royal Institute of Technology) в Стокгольме, Швеция, использовал атомный микроскоп для изучения эффекта Казимира. Он измерил силу, возникающую между двумя цилиндрами, покрытыми золотом, повернутыми на 90° друг относительно друга и разделенными расстоянием в 20 нанометров. Его результат согласуется с теорией лучше, чем на 99%. Эффект Казимира может также играть роль при точных измерениях силы в микромире на микро- и нанометровых шкалах. Ньютоновский закон много раз проверялся в макромире, например, при исследовании движения планет. Но еще никому не удавалось проверить его на микронных расстояниях с хорошей точностью. Такие тесты очень важны, так как существует множество теорий, в которых происходит объединение всех четырех взаимодействий, и эти теории предсказывают существование новых сил, действующих на этих шкалах. Таким образом, любое расхождение между экспериментом и теорией может интерпретироваться как существование новых сил. В любом случае, измерения положат новые ограничения на существуюшие теории. Джинс Гандблах (Jens Gundlach) с коллегами из Вашингтона, например, использовали крутильный маятник для определения гравитационной силы между двумя тестовыми массами, разделенными от 10 мм до 220 микрон. Их измерения подтвердили, что ньютоновская гравитация действует на этих шкалах, а сила Казимира доминирует на значительно меньших расстояниях. Тем временем Джошуа Лонг (Joshua Long), Джонн Прайс (John Price) с коллегами из Университета Колорадо вместе с Эфрамом Фишбахом (Ephraim Fischbach) и его сотрудниками из Университета Парду (Purdue University) попытались устранить действие эффекта Казимира на субмиллиметровые тесты гравитации путем более тщательного выбора материалов, используемых в эксперименте. Боковая отталкивающая сила светаСуществование боковых сил (также называемых оптическими связывающими силами — optical binding force) теоретики предсказывали с 2005 года, причём предполагалось, что эти силы могут быть как отталкивающими, так и притягивающими. Последние как раз удалось обнаружить в прошлом году. По современной квантовой теории в любой точке могут
возникнуть на короткое время любые пары частица/античастица, любые поля и
тут же исчезать вновь. Главное, что время существования такого
"новообразования" должно быть тем меньше, чем ее больше суммарная энергия
- в соответствии с соотношением неопределенности Гейзенберга (Вернер Карл
Гейзенберг). Излучение Хокинга — процесс испускания разнообразных элементарных частиц, преимущественно фотонов, чёрной дырой. Работе Хокинга предшествовал его визит в Москву в 1973 году, где он встречался с советскими учеными Яковом Зельдовичем и Александром Старобинским. Они продемонстрировали Хокингу, что в соответствии с принципом неопределенности квантовой механики вращающиеся чёрные дыры должны порождать и излучать частицы. В случае чёрной дыры ситуация выглядит следующим образом. В квантовой теории поля физический вакуум наполнен постоянно рождающимися и исчезающими флуктуациями различных полей (можно сказать и «виртуальными частицами»). В поле внешних сил динамика этих флуктуаций меняется, и если силы достаточно велики, прямо из вакуума могут рождаться пары частица-античастица. Такие процессы происходят и вблизи (но всё же снаружи) горизонта событий чёрной дыры. При этом возможен случай, когда полная энергия античастицы оказывается отрицательной, а полная энергия частицы — положительной. Падая в чёрную дыру, античастица уменьшает её полную энергию покоя, а значит и массу, в то время как частица оказывается способной улететь в бесконечность. Для удалённого наблюдателя это выглядит как излучение чёрной дыры. Спонтанная эмиссия фотона [170] Пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя объяснить, не используя идею о нулевых колебаниях вакуума, это спонтанное излучение. Самые обыкновенные излучающие спонтанно лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного излучения требует привлечения более сложной модели вакуума, чем классическая абсолютная пустота. Сила Ван Дер Ваальса [171] В классической механике отсутствует взаимодействие между осцилляторами при отсутствии колебаний. В действительности две молекулы могут взаимодействовать друг с другом, даже находясь в невозбуждённом состоянии. Это взаимодействие осуществляется посредством нулевых колебаний и является основанием для анализа сил Ван дер Ваальса в квантовой теории. [169] Поляризация вакуума Электрическое (и в первую очередь кулоновское) поле заряженной частицы оказывает влияние на распределение виртуальных электронно-позитронных пар (и пар любых других заряженных частиц-античастиц). Реальный электрон притягивает виртуальные позитроны и отталкивает виртуальные электроны. Это должно приводить к явлениям, напоминающим поляризацию среды, в которую вносится заряженная частица. Для описания таких явлений опять применим метод возмущений. Поляризация электронно-позитронного вакуума (принято использовать подсказываемый приведённой аналогией термин) является чисто квантовым эффектом, вытекающим из К. т. п. Эта поляризация приводит к тому, что электрон оказывается окруженным плотным слоем позитронов из виртуальных пар, так что эффективный заряд электрона должен существенно изменяться. Возникает экранировка заряда, т. е. его эффективное уменьшение. Если рассматривать «затравочные» частицы как точечные, то экранировка оказывается полной, т. е. эффективный заряд нулевым (проблема «заряда нуль»). Для преодоления этой трудности используется идея перенормировки заряда. Здесь почти дословно повторяются приводившиеся при обсуждении перенормировки массы аргументы. Назовём «затравочным» заряд, который был бы у частицы, если бы исчезло взаимодействие с электронно-позитронным вакуумом (будем говорить только о нём, хотя, конечно, нужно учитывать и влияние виртуальных пар др. полей). Наличие такого взаимодействия приводит к появлению «поправки» к заряду. Корректно вычислять её физики не умеют, как не умеют и определять «затравочный» заряд. Но поскольку эти две части заряда ни в эксперименте, ни в теории не выступают порознь, можно обойти трудность, подставляя на место общего заряда величину, непосредственно взятую из опыта. Эта процедура называется перенормировкой заряда. Перенормировки заряда и массы не решают проблем, возникающих в теории точечных частиц, они лишь изолируют эти проблемы на некотором этапе теории и (что весьма важно) дают возможность выделить конечные наблюдаемые части из бесконечных значений для некоторых величин, характеризующих физические частицы. Некоторые следствия:Гравитационное взаимодействие«В этой теории гравитационное
взаимодействие - не фундаментальное взаимодействие, а результат квантовых
флуктуаций всех других полей. В настоящее время достигнут большой прогресс в
этом направлении ...» Подойдем с такой же меркой к вопросу о возникновении Вселенной "из ничего". Противоречит ли это предположение законам физики? Возможно ли это, можно ли будет (если не сейчас, то в будущем) создать непротиворечивую, правильную теорию этого, поистине самого грандиозного явления? ... Начнем с закона сохранения электрического заряда. Ответ лежит на поверхности, он очевиден: нет никакого запрета на рождение электронейтральной Вселенной, т. е. Вселенной, содержащей равное число положительных и отрицательных зарядов. Есть все основания думать, что именно такова наша Вселенная. В противном случае возникли бы сильные электрические поля, которые нарушили бы ее (Вселенной) однородность и изотропию. Итак, Вселенная, скорее всего, строго нейтральна, а значит, вполне могла родиться "из ничего" (без противоречия закону сохранения электрического заряда). Обратимся к закону сохранения барионного заряда...в окончательной форме закона сохранения барионного заряда: сохраняется разность числа барионов и антибарионов. ...Закон сохранения барионного заряда необычайно важен как для Вселенной в целом, так и для непосредственно окружающего нас современного мира. С учетом этого закона данное количество барионов можно использовать для производства энергии, только переводя их в наинизшее энергетическое состояние, а именно в ядра железа *. Отсюда следует, что энергию можно получить, либо превращая уран в ядра середины таблицы Менделеева, либо превращая водород в железо. ... Обратимся к закону сохранения энергии для Вселенной как целого. Напомним, что энергия покоящейся частицы эквивалентна ее массе, Е = Мс2. Сохранение энергии покоя - это есть и сохранение массы. ...в замечательной книге Л. Д. Ландау и Е. М. Лифшица "Теория поля" проводилось точное и строго формальное доказательство того, что масса (а значит, и энергия) замкнутого мира тождественно равна нулю. Предыдущие рассуждения позволяют понять это утверждение наглядно. Отрицательная гравитационная энергия взаимодействия частей точно компенсирует положительную энергию суммы всех частей, всего вещества. Общая теория относительности, связывающая тяготение и геометрию, доказывает, что точная компенсация происходит тогда и именно тогда, когда становится замкнутым пространство, в котором находится вещество. Итак, общая теория относительности устраняет последнее препятствие на пути рождения Вселенной "из ничего". Энергия "ничего" равна нулю. Но и энергия замкнутой Вселенной равна нулю. Значит, закон сохранения энергии не противоречит образованию "из ничего" замкнутой Вселенной (но именно геометрически замкнутой, а не открытой бесконечной Вселенной). Дополнительные материалы:Обсуждение Сообщений: 9. Последнее - 11.08.2008г. 18:16:36 Оценить статью >> пока еще нет оценок, ваша может стать первой :) В предметном указателе: О теориях мироздания | Теория вакуума | Эфирные теории | Ошибки теории эфира | Вакуум, кванты, вещество | Физический вакуум и космическая анти-гравитация | Шипов Теория физического вакуума | Флуктуация вакуума | Гравитация | Акимов, Шипов | Скорость света в вакууме перестала быть рекордом | Флуктуации вакуума | А.В.Рыков Вакуум и вещество Вселенной | Комментарии к Вакуум и вещество Вселенной А.В.Ры | Афера: вакуумный Клондайк академии наук | Досье на вакуум вселенной | Описание для Флуктуации в вакууме | Доье на вакуум вселенной | Квантовая логика физического вакуума | Природа флуктуаций вакуума | Пример кинематики кэд - вакуум подобных систем. | Может ли звук передаваться через вакуум? | К ВОПРОСУ О РАЗМЕРНОСТИ ВАКУУМА, ПРОСТРАНСТВА, В Последняя из новостей:
Недержание власти В каких формах проявляется власть у избранных и неформальных лидеров социума, как организуется адаптивность лидера к социуму и наоборот, какие методы применяются для реализации власти и ее подрыва и насколько эти методы действенны в отношении различных по доверчивости и искушенности личностей социума: Недержание власти. 3D-моделирование выявило важные особенности диффузионного поведения наночастиц В нематическом окружении частицы диффундировали быстрее, чем в хаотической матрице. То есть каналы, образованные упорядоченными нанонитями, не просто проводят наночастицы в единственном направлении (вдоль каналов); они также обеспечивают им возможность разгоняться, пролетая по каналу.
|