Вакуум

Термин вакуум в современной физике используется в двух смыслах. Первый - наиболее распространённый - соответствует весьма разреженным газам. Второй соответствует состоянию, в котором полностью отсутствуют реальные частицы.

В этом случае физический вакуум соответствует конденсату частиц с целым спином (бозонов). Такой конденсат вследствие квантовых эффектов характеризуется следующими свойствами:

1. Он соответствует минимуму в энергетической зависимости системы от функции j, определяющей её состояние.

2. При существовании реальных частиц конденсат стремится “затащить” их к себе, а не “вытолкнуть”, как это имеет место в реальных газах. Поэтому физический вакуум характеризуется экзотическим уравнением состояния

p = - e.

Вакуумное состояние испытывает непрерывные и противоположные воздействия. С одной стороны, свойства бозонного конденсата таковы, что он стремится удержать все содержащиеся в нём частицы, а с другой - уравнение состояния определяет его нестабильность. Эти полярные свойства вакуума приводят к тому, что для образования реальных частиц из вакуума необходимо затратить энергию и довольно значительную. С другой стороны вакуум непрерывно порождает виртуальные частицы, время жизни которых очень мало, например, для электронов t = 10^-22 с.

Виртуальные частицы наблюдать непосредственно нельзя, однако, их существование проявляется во взаимодействии с реальными частицами. Можно сказать, что вакуум непрерывно “кипит”, но не “выкипает”. Наиболее известный вакуумный эффект - сдвиг энергетических уровней в атоме водорода, обусловленный взаимодействием движущихся атомарных электронов с виртуальными частицами вакуума (эффект Лэмба - Резерфорда).

Вакуум - абслютно однородная Среда, характеризуемая своей плотностью энергии и гравитационными характеристиками. Поэтому он эквивалентен по своим свойствам введённому Эйнштейном в уравнения ОТО L - члену.

Современные представления о вакууме позволяют по иному взглянуть на проблему сингулярности и первые мгновения существования Вселенной после Большого взрыва.

Вселенная возникает в результате возмущения вакуума. Энергия вакуума переходит в реальные частицы, которые, взаимодействуя между собой, порождают барионную ассиметрию. Не все вакуумные возмущения могут преодолеть потенциальный барьер и развиться в мини-вселенные. Спустя 10^-35 с после своего возникновения мини-вселенные переходят во фридмановский режим. После этого Вселенная расширяется согласно разработанной модели Большого Взрыва.

При плотности Вселенной больше критической, расширение сменится сжатием, плотность будет увеличиваться и достигнет планковской. В этом малом объёме (~10^-10см) будет находиться вакуумообразная материя, которая может вызвать к жизни новую мини-вселенную. И этот процесс будет продолжаться непрерывно и бесконечно. При переходе от одной мини-вселенной к другим аналогичным объектам вовсе не обязательно, чтобы фундаментальные постоянные (константы, число взаимодействий, размерность пространства, массы частиц) повторялись. Каждая новая вселенная может иметь свою размерность и свойства констант.