Путешествие человека к вакууму началось в XVII веке с яркого эксперимента Отто фон Герике, мэра города Магдебурга. Чтобы показать, что город восстановился после опустошительной Тридцатилетней войны, фон Герике устроил демонстрацию для императора только что изобретенной вакуумной помпы.
Смотри также Легкость в бокале: рецепт пряного и цитрусового коктейля для ярких выходных
Сложив два полушария вместе и выкачав из них весь воздух, Отто показал, что даже кони не смогут их разъединить. И так, вопреки тысячелетиям европейской мысли, которая базировалась на утверждении Аристотеля о том, что "природа не терпит вакуума", фон Герике показал, что вакуум возможен.
Действительно ли выражение Аристотеля "природа не терпит вакуума" актуально поныне? / Фото rawpixel.com@freepik
Космос и эфир
В течение десятилетий после демонстрации фон Герике философы и ученые рассуждали, не заполнены ли огромные просторы космоса каким-то материалом, известным как эфир. Он должен был бы служить двум целям: препятствовать образованию настоящего вакуума и быть средой, через которую распространяются световые волны.
- Однако в конце 1800-х годов физики из Кливленда Майкельсон и Морли разработали хитроумный эксперимент, чтобы измерить изменения в скорости света, когда Земля двигалась сквозь эфир. Никаких изменений, конечно, они не обнаружили.
- А вскоре Эйнштейн показал, что скорость света всегда постоянна, так что ученые отошли от концепции эфира, допустив возможность существования подлинного вакуума.
Однако даже далеко от Земли много чего плавает: заряженные частицы, блуждающие атомы водорода, прах и пыль и так далее. Плотность межзвездного пространства в миллиарды раз ниже, чем даже в самых пустых вакуумных камерах, созданных человеком, но это пространство не является на 100% пустым.
Даже в лучших вакуумных камерах, созданных человеком, пространство не на 100% пусто / Фото вecstock@freepik
Нейтрино и космическая энергия
В глубинах самых больших пустот космоса ты можешь находиться на расстоянии сотен миллионов световых лет от ближайшей галактики. Ядра пустот настолько пусты, что даже темная материя там не присутствует.
Но все же космос не пуст. Его наполняют легкие, нейтральные частицы, которые называются нейтрино, а также излучение, оставшееся с первых дней существования Вселенной – космический микроволновый фон (CMB), – а это 99,99% всего излучения в космосе. Итак, даже в самых темных пустотах ты не будешь совсем одиноким.
- Но представим, что ты построил вокруг себя достаточно толстую коробку, чтобы заблокировать нейтрино и CMB. Был бы ты тогда в одиночестве? Квантовая физика дает неожиданный ответ: нет.
- Дело в том, что квантовые поля пронизывают все пространство и время и обладают внутренней энергией, известной как энергия вакуума. Эта энергия вездесуща во Вселенной. Даже если вокруг тебя не будет ни единой частицы, она все равно будет твоим спутником.
Космос наполняют легкие, нейтральные частицы – нейтрино, а также излучение / Фото svstudioart@freepik
Энергия вакуума и пространство само по себе
Что было бы, если бы ты изобрел устройство, которое обнуляет энергию вакуума? Зависит от обстоятельств. Ты все еще будешь объектом в пространстве, а некоторые считают, что пространство – не только математическая абстракция.
- Понятие пространства начало приобретать конкретный характер благодаря работам Рене Декарта, гения XVII века. Если ты когда-нибудь записывал оси x и y декартовой сетки, то обязан этим именно Декарту.
- Исаак Ньютон поднял понятие пространства до уровня абсолютного фона для движения объектов и физических законов, управляющих их поведением. Это и есть современная физика в двух словах: объекты двигаются и взаимодействуют друг с другом на фоне пространства, которое, как предполагается, существует и само по себе.
- Альберт Эйнштейн сделал еще шаг вперед, создав общую теорию относительности, в которой пространство перешло со второго плана на главную роль – динамическую, гибкую сущность, которая реагирует на присутствие материи и управляет ее движением. Именно пространство, особенно его динамика, порождает силу гравитации.
Да, к слову, гравитационные волны также не нуждаются в присутствии материи или энергии, чтобы двигаться. Они просто существуют как колебания в пространстве-времени.