Происхождение первичного физического вакуума

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.

* Виртуальные частицы: В вакууме постоянно появляются и исчезают виртуальные частицы, которые, хотя и не являются настоящими, оказывают влияние на реальные частицы. Эти виртуальные частицы могут взаимодействовать с реальными частицами, приводя к наблюдаемым эффектам, таким как эффект Казимира.

* Нулевая энергия: Даже в состоянии с минимальной энергией, вакуум обладает ненулевой энергией, известной как «нулевая энергия». Это связано с квантовыми флуктуациями, которые всегда присутствуют в вакууме.

Таким образом, классическая физика оказывается недостаточной для описания вакуума, который в квантовой теории является динамичным объектом с богатой внутренней структурой и свойствами, играющими решающую роль в формировании Вселенной.

1.3. Квантовая природа вакуума: Квантовые флуктуации, виртуальные частицы, нулевая энергия

Квантовая теория поля утверждает, что вакуум не является пустым, а кипит активностью виртуальных частиц, постоянно рождающихся и исчезающих.

Квантовые флуктуации: Эти флуктуации обусловлены принципом неопределенности Гейзенберга, который гласит, что невозможно одновременно точно измерить импульс и положение частицы.

* Флуктуации приводят к тому, что в вакууме постоянно происходят спонтанные изменения энергии и плотности частиц, хотя их среднее значение остается равным нулю.

Виртуальные частицы: Виртуальные частицы не являются настоящими, но их существование можно обнаружить по их влиянию на реальные частицы.

* Они могут взаимодействовать с реальными частицами, например, приводя к поляризации вакуума.

* Виртуальные частицы не могут быть непосредственно наблюдаемыми, но их влияние можно наблюдать экспериментально.

Нулевая энергия: Даже в состоянии с минимальной энергией, вакуум обладает ненулевой энергией, которая называется нулевой энергией.

* Она обусловлена квантовыми флуктуациями и виртуальными частицами.

* Нулевая энергия вакуума имеет важные последствия для космологии, например, она может быть связана с темной энергией.

1.4. Взаимодействие с вакуумом: Поляризация вакуума, эффект Казимира

Вакуум не является пассивным наблюдателем, а активно взаимодействует с материей.

Поляризация вакуума: В присутствии электрического или магнитного поля, вакуум поляризуется, то есть виртуальные частицы в нем ориентируются таким образом, чтобы уменьшить силу поля.

* Поляризация вакуума оказывает влияние на электромагнитные взаимодействия, например, приводит к изменению скорости света.

Эффект Казимира: Это явление, которое демонстрирует влияние вакуумных флуктуаций на реальные объекты.

* Две близко расположенные металлические пластины притягиваются друг к другу из-за уменьшения количества виртуальных фотонов между ними.

Заключение

В этой главе мы рассмотрели, как квантовая теория меняет наше представление о вакууме. В отличие от пустого пространства классической физики, квантовый вакуум является динамичной средой, обладающей ненулевой энергией и способной к взаимодействию с материей.

ГЛАВА 2. ДВУМЕРНАЯ МОДЕЛЬ ПЕРВИЧНОГО ФИЗИЧЕСКОГО ВАКУУМА

В данной главе мы рассмотрим новую модель первичного физического вакуума, основанную на концепции двумерного строения квантового мира. Эта модель предполагает, что физический вакуум является не пустым пространством, а бесконечно скрученной двумерной мембраной, формирующей трёхмерное пространство, в котором мы живем.

2.1. Физический вакуум как двумерная мембрана

В предлагаемой модели физический вакуум представляется не как пустое пространство, а как двумерная мембрана, подобная бесконечно тонкой резиновой пленке, простирающейся во всех направлениях. Эта мембрана состоит из взаимоуравновешенных стабильных электроно-позитронных связей, которые постоянно образуются и аннигилируют.

Структура мембраны:

* Неоднородность: Мембрана не является однородной, как обычная резиновая пленка. Она имеет «неровности» – области, где электроно-позитронные связи плотнее, и «впадины» – области, где эти связи слабее. Эти «неровности» могут быть связаны с квантовыми флуктуациями или присутствием виртуальных частиц.

Свойства мембраны:

* Ненулевая энергия: Мембрана обладает ненулевой энергией, обусловленной взаимодействием электронов и позитронов, а также квантовыми флуктуациями. Это отличает ее от классического представления о вакууме, где энергия отсутствует.

* Жесткость и упругость: Мембрана обладает определенной жесткостью и упругостью, способна деформироваться под воздействием внешних сил. Это свойство может быть связано с «толщиной» мембраны, то есть концентрацией электроно-позитронных связей в определенной области.

* Квантовые флуктуации: Мембрана способна к квантовым флуктуациям, то есть спонтанным изменениям состояния, вызванным квантовыми эффектами.

Важность этого представления:

Представление о вакууме как о двумерной мембране позволяет объяснить ряд наблюдаемых физических явлений, таких как:

* Ненулевая энергия вакуума: Она обусловлена энергией электроно-позитронных связей, а также квантовыми флуктуациями, которые непрерывно происходят на мембране.

* Квантовые флуктуации: Они могут быть представлены как «колебания» мембраны, вызванные квантовыми эффектами.

* Эффект Казимира: Этот эффект может быть объяснен взаимодействием между двумя параллельными пластинами, которые вызывают деформацию мембраны между ними, что приводит к возникновению силы притяжения.

Важно отметить: Данное описание вакуума является гипотетическим и требует дальнейшего исследования и экспериментальной проверки.

2.2. Форма и структура первичного физического вакуума

В предлагаемой модели первичный физический вакуум имеет тороидальную форму, то есть, форму «рулона» двумерной мембраны, бесконечно скрученной в кольцо.

* Тороидальная форма: Эта форма объясняет, почему мы наблюдаем «плоское» трехмерное пространство. В тороиде, если мы находимся достаточно близко к его поверхности, мы не замечаем кривизны, пространство выглядит плоским.

* «Рулон» двумерной мембраны: «Рулон» представляет собой свернутую мембрану, имеющую определенный радиус кривизны. Этот радиус весьма велик, и потому мы не замечаем кривизны мембраны в масштабах нашей Вселенной.

Важность этого представления:

* Объяснение гравитации: Тороидальная форма вакуума может объяснить гравитацию как результат кривизны пространства-времени, вызванной массой объектов. Масса, расположенная на поверхности тороида, деформирует его, создавая гравитационную силу.

* Космологические модели: Эта модель может объяснить наблюдаемые космологические явления, такие как расширение Вселенной и реликтовое излучение, как результат «раскручивания» тороида.