100kitov.ru

Интересные факты — события, биографии людей, психология
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

Можно ли получить материю из вакуума?

Физики построили создающий материю из вакуума лазер

Физики смогли сконцентрировать излучение от мощного петаваттного лазера в пятно интенсивностью свыше 10 23 ватт на квадратный сантиметр . Чтобы этого достичь, они провели двухступенчатую коррекцию волнового фронта, стабильность которого проверялась на 80 импульсах. Такая интенсивность позволит пронаблюдать рождение электрон-позитронных пар из вакуума. Результаты опубликованы в Optica.

С момента изобретения усиления света с помощью чирпированных импульсов начался бурный рост интенсивности лазерного излучения, достижимой в лабораторных условиях. Мощный свет нужен для множества задач, но особый интерес представляет использование лазеров для ускорения частиц, а также для наблюдения квантово-электродинамических эффектов в режиме сильного поля, поскольку интенсивность излучения пропорциональна среднему числу фотонов в пучке.

Любой фотон по мере своего движения постоянно участвует в виртуальном процессе, когда он на очень короткое время превращается в электрон-позитронную пару и обратно (его еще называют поляризацией вакуума). Когда фотонов становится достаточно много, на такую пару могут налетать соседние фотоны, увеличивая кратно частоту основного фотона. Этот процесс носит название вакуумной генерации старших гармоник. Дальнейший рост интенсивности света приводит к тому, что электрон-позитронная пара из виртуальной становится реальной. Иными словами, при достаточно большой интенсивности света из вакуума рождается материя.

Первые расчеты теоретиков показали, что такой процесс становится наблюдаемым при достижении так называемого предела Швингера, который в единицах интенсивности составляет примерно 5×10 29 ватт на квадратный сантиметр . Последующие исследования показали, что для схемы на встречных пучках этот предел снижается до 10 26 ватт на квадратный сантиметр . Затем физики стали предлагать различные схемы с участием большего числа импульсов, которые снизили этот порог до 10 23 ватт на квадратный сантиметр . До недавнего времени, однако, ни одна из лабораторий мира, производящих мощное лазерное излучение, не могла достигнуть этого значения.

В новой работе группа физиков из Южной Кореи под руководством Чхан-хи Нам (Chang Hee Nam) смогла получить такую интенсивность с помощью петаваттного лазера, расположенного в Центре релятивистской лазерной науки Южной Кореи (CoReLS). Особенностью их работы было то, что они свели импульс от лазера в пятно диаметром 1,1 микрон.

Схема эксперимента. LD – лазерный диод, PBS – поляризационный светоделитель, HWP – полуволновая пластинка, EM – измеритель интенсивности, PM1-4 – плоские зеркала, DM1-2 – адаптивные зеркала, WFS1-2 – датчики Шака-Гартмана, OAP – внеосевое параболическое зеркало, OL – объектив, BS – светоделитель.

Можно ли получить материю из вакуума?

000

001

А еще есть вакуум физический. Про него мы и поговорим. Даже в космосе вакуум почти везде "загрязнен" какой-нибудь материей, будь то реликтовое излучение, или гравитационное поле, или поле Хиггса, или темная материя, будь она не ладна.
Но вот, например, в атоме между электроном и ядром много пустого места. Если мы представим, что теннисный мячик это ядро атома, то ближайший к ядру электрон будет летать в соответствующих пропорциях на расстоянии полутора километров.

Или пустое место между кварками внутри протона. В этом случае разного рода излучениями можно пренебречь, так как длина волны этих излучений больше субатомных расстояний, и мы получим примерчик чистого натурального физического вакуума. Пустота как она есть.

На рисунке – вишенка ядро атома, а периметр стадиона – расстояние до ближайшего электрона.

002

Но вот беда. Квантовые физики стали задавать такому вакуумы неудобные вопросы. Попробуем эти вопросы изложить популярно.
Представим себе кусочек пространства, в котором наблюдается немножечко электромагнитного поля, и которое состоит, как мы знаем из предыдущих лекций, из фотонов. Ну, для наглядности, скажем, у нас в этом поле три фотончика. Если мы изымем один фотон, то любой квантовый физик скажет, что мы только что уменьшили энергию поля на один квант, переведя его в более низкое энергетическое состояние. Это обычное дело, например, в атоме, когда электрон теряет фотон и "падает" на уровень ниже.
Потом мы заберем еще один фотон, снова понизив энергетическое состояние поля. А потом отнимем и последний – третий фотон. По законам математики не осталось ничего. Ноль. А вот по законам квантовой физики выходит, что поле осталось, но в состоянии с наименьшей возможной энергией.

Читайте так же:
Рацион трудоголика — как питаться на работе

Вот так, например, выглядят диаграммы энергетических уровней электрона при испускании фотона и поглощении (не совсем к нашей теме, но подходящих случаю картинок не найти).

003

Итак, квантовые физики, глядя на вакуум, заявляют, что это не пустота, а материя с наименьшей энергией. Кажется чушью. Но это пока. Дальше еще хуже. Квантовые законы ставят нам еще одно условие: мы не можем знать точно одновременно два параметра частицы (принцип неопределенности Гейзенберга). Как это – не спрашивайте — может, в следующих статьях мы обсудим законы квантового мира поподробнее.

А пока зацените проблему: получается, что при наличии поля с наименьшей напряженностью можно смело заявить, что мы знаем одновременно два параметра с абсолютной точностью. А именно в данном поле нам известно число фотонов в количестве НОЛЬ и значение напряженности поля в размере НОЛЬ. Всё: квантовая физика, похоже, идет лесом. Это очень абсурдные для обычного мира рассуждения на самом деле нормальные для мира квантового. Там у них своя атмосфера.

004

Ученые призадумались. И вбросили такую идею, которая навсегда разделила человечество на тех, кто понимает квантовую физику и на тех, кто в нее не верит (что мы сейчас пытаемся исправить). Они заявили, что принцип неопределенности в вакууме сохраняется, благодаря тому, что на самом микроскопическом уровне за самые минимальные промежутки времени вакуум представляет собой не пустоту, а самое настоящее поле с частицами и энергией.

Эти частицы назвали виртуальными, потому что их никому никогда не зарегистрировать. Получается, что в вакууме постоянно рождается и тут же аннигилирует множество пар частиц и античастиц, например электроны и позитроны, нейтрино и антинейтрино и т.д. с разными произвольными энергиями. Этот кипяток называют квантовой или пространственно-временной пеной с квантовыми флуктуациями и рисуют примерно вот так.

005

Получается, что одновременно в вакууме выделяется и поглощается множество энергии, но в среднем, по закону сохранения энергии, энергия вакуума равна НУЛЮ.
Такая идея имела далеко идущие последствия. Получается, что вакуум чисто теоретически содержит в себе такие залежи энергии, которые не снились даже самым массивным объектам во Вселенной. Если бы мы могли разделить вакуум на вещество и антивещество, нам бы энергии хватило с излишком до конца света, причем несколько раз.
(впрочем, как справедливо заметили, разделить вакуум на материю мы и сейчас можем с помощью сильного электромагнитного поля — но затраты энергии при этом огромны даже если хотим получить одну пару из электрона и позитрона)

Более того, идейку подхватили астрофизики и прочие, кто занимаются проблемами рождения и формирования Вселенной. Во-первых, получается, что если из "ничто" можно выжать вещество, то тогда не очень-то и нужна начальная материя/энергия для производства Вселенной (божья воля опять отодвигается на второй план, ага).
Во-вторых, энергия вакуума успешно объяснила некоторые темные моменты в космологии. Например, теория об энергии вакуума отлично вписалась в проблему слишком быстрого разбегания галактик (суть в том, что галактики разбегаются быстрее, чем следует из теории относительности, а вот при наличии флуктуаций в вакууме проблема решается).
В-третьих, известный физик Стивен Хокинг умудрился с помощью вакуумных флуктуаций объяснить, как испаряются черные дыры.

На картинке трехмерная проекция квантовых флуктуаций, как если бы мы остановили время и увеличили масштабы. То есть вблизи вакуум это материя да еще с неравномерной плотностью. В интернете можно найти анимацию с этим процессом.

006

Что ж, скажете вы, допустим, шутка удалась. Но это же всё не подтвержденные экспериментами идейки сумасшедших ученых. Действительно, квантовые флуктуации настолько малы и быстротечны, что мы никогда не сможем их зарегистрировать в силу квантовых запретов и закона сохранения энергии.

Читайте так же:
Спутник Сатурна: Титан – интересные факты, фото и видео

И все же подтверждения есть. Например, эффект Казимира. Невероятно странный эффект в нашем макромире, который ученые предсказали в 1948 году и экспериментально обнаружили в 1965, оказывается реально существующим, и ноги у него растут из самых глубин материи.

007

Сейчас мы объясним, что это такое на пальцах. Явление, чем-то похожее на эффект Казимира наблюдали еще моряки, когда ставили свои корабли близко друг от друга. Если море было в это время не спокойно, то корабли начинали сближаться, и это создавала реальную проблему столкновения бортами. Такую, что матросам было предписано всей командой расталкивать корабли.
Корабли сближались потому, что давление морских волн на внешние борты кораблей оказывалось сильнее, чем на внутренние – ведь между кораблями море спокойнее.

То же самое произойдет, если в вакууме мы поставим рядом (на расстоянии, измеряемом в микронах) две поверхности, например, две металлические нано-пластинки. И что вы думаете? – пластинки начнут притягиваться.

Притяжение произойдет потому, что давление виртуальных частиц между пластинами (где определенное количество целых волн в связи с ограниченным расстоянием), меньше чем давление этих частиц снаружи (где волн любых длин и энергий сколько угодно).

Вот это поворот! Так жеж кроме эффекта Казимира есть еще и т.н. Лэмбовский сдвиг атомных уровней, который тоже объясняется тем, что электрон порождает виртуальные частицы (пропустим объяснение, а то закипят мозги даже у самых стойких). То есть они (виртуальные частицы вакуума) существуют!

Более того, эффект Казимира создает реальные проблемы сближающимся космическим аппаратам в открытом космосе (мы где-то об этом читали, но сейчас не можем найти, поэтому инфа 146%). Точно также, как когда-то похожее явление сталкивало корабли в море.

Еще картинка с эффектом Казимира.

008

Должны заметить, что дела еще хуже, чем мы рассказываем. На самом глубоком уровне материи, внутри, так сказать, вакуума "кипят" не только виртуальные частицы, но и само пространство начинает рваться на лоскуты, оно имеет искажения и разрывы. Есть теории, что эти разрывы являются дырами в параллельные пространства или просто "кротовые норы" в соседние галактики.
Все это заставляет физиков медленно сходить с ума и сочинять безумные теории с большим количеством математики (привет от теории суперструн).

009

Увы, но вакуум своей загадочностью поражает неокрепшие умы, и каждый второй уважающий себя фрик после опровержения теории относительности обязательно создает собственную теорию вакуума. Если вы наберете в поисковике словосочетание "теория вакуума", то адекватной информации о вакууме вы так просто не найдете. Шиповы, Гаряевы, Чурляевы и прочие – обязательно вам расскажут, что Эйнштейн – жид, Нильс Бор – псих, коллайдер — развод на бабки, бозон Хиггса от дьявола, а физический вакуум это эфир! Например, один "гукуум" Чурляева чего стоит – а человек просто не знаком с основами физики. Надеемся, что наши читатели имели хотя бы троечку в школе по естественным наукам и встанут на защиту адекватного поиска истины.

На картинке – сферический конь в вакууме. Научно-популярная шутка.

010

На этом всё! Всем добра, меньше войн, больше струн!

NB: Занудно напоминаем, что все изображения взяты из гугла (поиск по картинкам) — авторство определяется там же.
Незаконное копирование текста преследуется, пресекается, ну, и сами знаете.
..

Рождение материи из вакуума

Вопрос: Учёные и, в частности, Шипов Г.И. из книги Тихоплав «Кардинальный поворот» пишут, что материя рождается из вакуума. Так ли это?

Ответ: Да, это утверждение правильно. Но детали описания зарождения материи из вакуума будут зависеть от информативной осведомлённости по данному вопросу человека, освещающего данную тему.

Мы в своём ответе исходим от новой базы данных, спущенной нам Высшими Учителями, а не от исследований учёных, поэтому и объяснение будет соответствовать уровню новых знаний, данных Высшими на начало эры Водолея для последующего периода развития человечества.

Вакуум не появляется «ниоткуда», он создаётся специально для каждого мира свой. Вакуум физических миров обладает своей иерархией, а это означает, что он проходит Уровни развития.

Читайте так же:
Обидчивый человек — как с ним общаться?

Описывая зарождение процессов, человек в силу недопонимания многих вещей забывает о главном — о Создателе того либо иного механизма или материи, забывает о Высшем Разуме. Он начинает приписывать появление чего-то сногсшибательного и грандиозного непонятному «Ничто», неопределённому «Святому Духу», бесформенному этапу конечного развития — Абсолюту. Хотя тот не является конечным, а после него развитие следует к другому Абсолюту более высокого порядка. А вот наличие творящей мысли, присущей высокоразвитой конкретной Личности, человек игнорирует, так как свой разум поставил выше всего и обособил его в единственное число. А этих высокоразвитых Личностей в тонком плане оказывается много, помимо даже нашего Бога.
Всё вокруг нас во Вселенной и тонких мирах создают эти высокоинтеллектуальные Личности по заданию нашего Бога или других Личностей более высокого ранга. Поэтому и объяснения следует начинать с Них.

По данной причине мы говорим, что любой вакуум создаётся Высшими Личностями для определённых целей, в данном случае — для конкретного мира. Он (вакуум) содержит все частицы будущего мирового объёма, требуемые для его создания от начального момента до конечного. Это означает, что имеются частицы, которые используются для построения мира на его начальных стадиях формирования. Но в то же время ряд частиц используется на значительно далёких, поздних стадиях развития, они какое-то время остаются не задействованы, остаются в резерве. Но эти частицы применяются только для построения совершенно нового внутримирового объёма, а не для продолжения достраивания уже запущенного процесса или тела.

На это надо обратить особое внимание, то есть что вакуум используется только для построения нового, и только его начального момента. Это следует понимать следующим образом. Частицы берутся как материал для первичного построения мирового объёма, но он строится так в своих функциях и конструкциях, чтобы с определённого момента продолжить формировать себя самому, наращивать свою массу, нужные габариты, используя уже далее свои способности взаимообмена с внешним миром.

Но развитие мирового объёма во времени требует зарождения в нём на разных стадиях развития специальных процессов, форм, способных осуществлять функции более высокого порядка.

Материя из пустоты и тайна вакуума

вакуум

К началу пятидесятых годов прошлого века накопилось много новых фактов. С появлением радиотелескопов, с развитием астрофизической теории и техники начался быстрый подъем космологических исследований. Американские астрофизики Бонди и Голд разработали, например, теоретическую модель мира, свободного от всех парадоксов, бесконечного, вечного и расширяющегося. Но за достоинства модели они заплатили фальшивой монетой. По выражению известного космолога Густава Иоганновича Наана, в этой гипотезе «сатана изгонялся с помощью вельзевула».

Дело вот в чем. Если мир расширяется, то плотность материи в каждой его точке должна непрерывно уменьшаться. Желая уберечь Вселенную от такого «разжижения», а заодно от невечности, Бонди и Голд выдвинули идею самопроизвольного творения вещества из ничего. Мир всегда был и всегда будет таким, как сейчас, — бесконечным и расширяющимся. А падение плотности материи компенсируется творением вещества.

По мнению авторов гипотезы, в каждом литре пространства в среднем один раз в миллиард лет должен появиться «ниоткуда» один атом водорода. Величина ничтожная. Во всем объеме Земли за все время ее существования предполагалось возникновение всего лишь одной десятимиллионной доли грамма вещества. Однако, как ни мизерна казалась предполагавшаяся добавка вещества, она была совершенно незаконна и противоестественна.

Физике известны процессы перехода излучения в весомую материю (так называемое «рождение пар» — возникновение электрона и позитрона из гамма-кванта электромагнитного излучения). Здесь же — не то. «Нужно отчетливо понимать, — писал Бонди, — что рассматриваемое творение есть формирование вещества не из излучения, а из «ничего». Таким образом, речь шла о ниспровержении фундаментального, абсолютного закона естествознания — принципа несотворимости материи. Это и был тот «вельзевул», который выдумали Бонди и Голд, та фальшивая ассигнация, которой заплатили они за свою космологическую гипотезу.

Читайте так же:
Мифы, которые разрушают нашу красоту и здоровье — познаем главное

Принцип несотворимости материи совершенно незыблем. Не было еще в истории науки даже намека на нарушение этого материалистического положения. Все попытки поставить его под сомнение заканчивались провалом. И немудрено, что в своей первоначальной форме взгляды Бонди и Голда не нашли поддержки в серьезной науке. Однако главная идея гипотезы возродилась, как только из нее удалось выбросить мистику.

Не согласившись с пустыми разговорами о рождении материи «из ничего», американские астрофизики Хойл и Мак-Крей попытались спасти мысль Бонди и Голда, введя представление о некоей материальной основе творения вещества. Они заявили: материя, компенсирующая «разжижение» бесконечного и вечно расширяющегося мира, рождается не из ничего, а из особого «творящего поля» — вполне материального, пронизывающего всю Вселенную, но очень слабого и потому до сих пор не обнаруженного.

Математический символ творящего поля был внесен в уравнения Эйнштейна как некая добавка к тяготению. И после соответствующих выкладок идея получила «прописку» в теоретической космологии. Когда-то Эйнштейн видоизменил свои уравнения, желая приписать миру неподвижность и конечность. Теперь дополнение тех же уравнений сделано с противоположной целью — ради оправдания вечности и бесконечности Вселенной. Эйнштейн, как вы помните, сам отказался от своего космологического члена. Насколько же законно новое дополнение его уравнений?

Вообще говоря, предсказание того или иного физического поля — совсем не грех. В свое время было предсказано мезонное поле ядерных сил, предугадано нейтринное поле. Никто не вправе отрицать мыслимость иных полей, в том числе и загадочного «творящего». Однако если оно действительно порождает частицы, то само должно пополняться за счет чего-то; без объяснения этого гипотеза Хойла и Мак-Крея не может быть признана отвечающей собственному замыслу. Кстати сказать, уже сегодня наметились пути проверки идеи творящего поля. Если оно существует, должны быть отмечены некоторые тонкие особенности разбегания галактик, отражающиеся на «красном смещении» их спектров. Такие наблюдения, несомненно, будут выполнены. Подождем их результатов. А пока ученые прикидывают и другие варианты законного, совместимого с принципом несотворимости материи появления частиц из пустоты.

Эстонский философ и космолог академик Эстонской Академии наук Г. И. Наан на одном из докладов сделал предположение, носящее, пожалуй, рекордно смелый характер. Он высказал свою мысль, правда, без серьезного обоснования, в полушутливой форме, и предупредил, что она не претендует на роль полноценной гипотезы, но некоторые физики, особенно молодежь, были ею увлечены. Что же это за мысль? Прежде чем излагать ее, придется сказать несколько слов об одном из важнейших разделов физики наших дней — о теории элементарных частиц.

В начале тридцатых годов английский исследователь Поль Дирак построил физическую теорию, в которой соединил огромность скоростей с ничтожностью размеров и масс — теорию относительности с квантовыми закономерностями поведения микрочастиц. Возникла новая физическая дисциплина — релятивистская квантовая механика, ставшая основой нынешней теории элементарных частиц и вошедшая в золотой фонд всей современной науки. Учение Дирака предсказало открытие удивительных явлений — таких, как превращение вещества в свет, преобразование света в вещество, искусственное творение «антивещества». Все разговоры об антиматерии, антимирах, все прогнозы покорения космоса с помощью фотонных ракет лежат в конечном итоге на фундаменте, воздвигнутом Дираком. А глубинные истоки дираковской теории покоятся в свою очередь на чрезвычайно своеобразном представлении о природе вакуума, пустоты — той самой пустоты, которую мы привыкли считать самой понятной и простейшей из всего сущего в мире.

По воззрениям Дирака, пустота не пуста, даже если в ней абсолютно нет электронов, атомов, молекул. Пустота — это безграничный океан, битком набитый материальными частицами, но такими, которые нами совершенно не воспринимаются. Их невозможно ощупать или осветить. Но эти частицы обнаружат себя, если каким-либо способом сообщить им огромный запас энергии. Дело в том, что по Дираку собственная энергия этих частиц… меньше, чем нуль. Другими словами, вакуум — это плотное скопление частиц отрицательной энергии. Такова была исходная идея релятивистской квантовой механики Дирака.

Читайте так же:
Полет Барри Троя (Barry Troy)

Разумеется, представить себе частицу с отрицательной энергией необычайно трудно. Это сплошной парадокс. Взять хотя бы то, что она должна обладать отрицательной массой и поэтому от толчка вперед обязана двигаться назад. Камень, из таких частиц взлетел бы над Землей, Как воздушный шар: попробуй, вообрази себе подобное!

Но Дирак дал своим взглядам строгое математическое обоснование и, главное, предсказал открытие прежде неведомых фактов. Все предугаданные теоретической физикой античастицы — позитроны, антипротоны, антинейтроны — не что иное, как «дырки в пустоте». Физики «пробили» эти дырки, научившись наносить достаточно мощные удары по невидимым частицам отрицательной энергии, составляющим вакуум, и «выбивать» их оттуда.

Справедливости ради стоит отметить, что в нынешней теоретической физике о дираковской модели вакуума вспоминают не часто. Рождение античастиц исследуют с иных, более формальных позиций — без упоминания о пространстве, «утрамбованном» частицами отрицательных энергий. Однако, делается это только ради удобства математических вычислений. Дираковская структура вакуума при этом отнюдь не отрицается. Другой модели пустоты еще никто не выдвинул.

Словом, по Дираку наша Вселенная погружена в неощутимый, но вполне материальный и косвенно обнаруживаемый «фон». Если вы уяснили это, вам будет понятна и мысль Г. И. Наана.

НА «ВСТРЕЧНОМ» ВРЕМЕНИ

Почему бы не считать, говорит эстонский космолог, что «фон» Дирака — вовсе не сплошная неподвижная «жижа», каким его обычно представляли? Куда резоннее думать, что это — целый невидимый мир. Он движется, в нем текут процессы, совершаются взаимодействия и превращения. И не страшно, что энергия каждой из его частиц меньше нуля. Все равно возможен обмен энергией, возможны, быть может, процессы, при которых какая-то частица вдруг «перескакивает» из ненаблюдаемого «фона» в наш осязаемый и видимый мир. Выходит как раз то, в чем так нуждается космологическая гипотеза о вечности расширяющейся Вселенной: спасение Вселенной от разжижения, самопроизвольное появление частицы из «пустоты»! Но не «из ничего», как у Бонди и Голда, а из «чего-то», ибо теперь пустота — это не «ничто», а «нечто»!

Рискнем пойти и дальше. Если теоретически проанализировать поведение тел отрицательной энергии, то получится, что «наши» физические законы для них как бы «перевернутся» — обретут обратный смысл. Вместо расширения мира, рассеяния материи и энергии, характерных для нашего мира, в «фоне» Дирака должны происходить, наоборот, сжатие материи, концентрация энергии.

И, наконец, еще одно соображение, самое любопытное. Физика тел отрицательной энергии примерно такая же, какой стала бы физика обычных тел, но во времени, текущем «наоборот». Непонятно? Постараемся пояснить примером.

Вы засняли на кинопленку падение яблока на землю. Сюжет фильма нехитрый: яблоко, притягиваемое землей, движется вниз. Это вы и увидите на экране, если пустите пленку, как положено,— с начала к концу. Ну, а если вы спутаете концы и пустите пленку наоборот — с конца к началу? Тогда на экране яблоко, притягиваемое землей, полетит вверх, то есть поведет себя, как тело отрицательной энергии (которое от толчка вперед движется назад). Но ведь, поменяв концы пленки, вы как бы перевернули направление течения времени. Следовательно, в обратном течении времени тела положительной энергии ведут себя, как тела отрицательной энергии.

Вот отсюда и следует мысль Наана, что неощутимый мир, сосуществующий с нашим, движется и развивается в обратном, противоположном времени.

Итак, нашей Вселенной всюду — в каждой точке, рядом с нами, в нас самих, — возможно, сопутствует другая невидимая Вселенная, живущая на «встречном времени». В ней — свои, невоспринимаемые нами материальные объекты. Она подчинена всем законам природы и являет собой вполне «потустороннее» в философском смысле мироздание. Его можно надеяться обнаружить и экспериментально.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию