Я. Б. Зельдович теоретически исследовал и более амбициозную задачу – происхождение всей вселенной из физического вакуума. В своих трудах он показал, что законы природы при этом не нарушаются и строго выполняется, как закон сохранения энергии, так и закон сохранения электрического заряда.
Учёные проявляют повышенный интерес к физическому вакууму в надежде на то, что он откроет доступ к океану чистой энергии, так как квантовая электродинамика указывает на реально существующую в нём энергию, которая обладает очень высоким потенциалом.
В этой главе мы рассмотрим классическое определение вакуума, а затем перейдем к его квантовым свойствам и взаимодействию с материей.
1.1. Классическое определение вакуума: Состояние с минимальной энергией
В классической физике, где мы имеем дело с объектами макромира, вакуум воспринимается как пустое пространство, лишенное материи и энергии. Он является эталонным состоянием, от которого отсчитывается энергия других объектов. Это можно представить как «абсолютный ноль», где отсутствуют какие-либо частицы, поля и взаимодействия.
Пример:
В классической механике, например, потенциальная энергия тела равна нулю, когда тело находится в точке отсчета, где нет никаких сил, действующих на него. В этом случае мы говорим, что тело находится в «вакууме» потенциала, то есть в состоянии с минимальной энергией.
Важно отметить, что это классическое определение вакуума не учитывает квантовые эффекты. В квантовой физике, как мы увидим далее, вакуум оказывается намного более сложным объектом, обладающим своими собственными свойствами и играющим важную роль в формировании Вселенной.
1.2. Проблема классического описания: Недостаточность классической физики для описания квантовых свойств вакуума
Квантовая физика, изучающая мир на микроскопическом уровне, демонстрирует, что вакуум не является статичным и пустым, как утверждает классическая физика. На самом деле, он обладает квантовыми свойствами, которые выходят за рамки классического понимания.
Проблема: Классическая физика не может объяснить следующие квантовые свойства вакуума:
* Квантовые флуктуации: В квантовой теории поля вакуум не является абсолютным нулем энергии, как предполагалось в классической физике. Он подвержен квантовым флуктуациям, спонтанным изменениям энергии и плотности частиц. Это означает, что вакуум не является «пустым», а скорее представляет собой «кипение» виртуальных частиц, которые постоянно появляются и исчезают.