СЪЩНОСТ НА ВАКУУМА
Понятието вакуум произлиза от латинската дума vacuum, която означава пустота. Във физически смисъл в квантовата теория под вакуум се разбира основно състояние на квантовите полета, което притежава най-ниска минимална енергия с нулеви импулси, ъглови моменти, електрически заряди и други квантови числа. На вакуумното състояние съответства вектор на състоянието, обозначен със символа IO>. Вакуумът се определя още и като състояние, в което в пространството отсъстват реални частици, или в което операторите за унищожение, въведени в квантовата механика, дават нулев резултат. Това е така нареченият математически вакуум.
Във физическия вакуум за разлика от математическия комплексното число, равно на средното значение от произведението на два оператора на полето в една точка на пространство-времето може да не бъде равно на нула. В този смисъл се появява понятието вакуумен кондензат.
В технически смисъл вакуумът представлява среда, съдържаща газ при налягане, съществено по-ниско от атмосферното. В такъв аспект специалистите в съответната област обикновено разделят вакуума на четири категории: обикновен, среден, висок и свръхвисок. На тези четири категории съответства налягане от 133,322 Па (паскала) за обикновения вакуум до налягане, по-ниско от 100 нПа (нанопаскала), за свръхвисокия вакуум, където 133,322 Па съответстват на 1 мм живачен стълб или на 1/760 част от атмосферното налягане на морското равнище.
Обикновен вакуум може да се създаде от дифузионни помпи. С такова налягане е вакуумът в кинескопите на телевизорите. Висок и свръхвисок вакуум се създава в пръстените на ускорителите на елементарни частици с помощта на стотици турбомолекулярни помпи, йонни и титанови помпи. Мястото на пресичането на сноповете частици, където те се сблъскват, в зоната на детекторите се охлажда от няколко криогенни помпи до температури под 2,5 К. В тези зони налягането достига до около 100 атоатмосфери*. Такова налягане на вакуума съществува в космическото пространство на височина 3000 км над повърхността на Земята.
Средният пробег на частица в този вакуум, или разстоянието, което може тя да измине, без да се сблъска с друга частица, е близо половин милион километра. За сравнение може да се каже, че в обикновената атмосфера, в която дишаме, средният пробег е само няколко десетки ангстрьома, или няколко милиардни от метъра. В космичното пространство на височина 300 км над повърхността на Земята налягането е около 100 пъти по-високо от налягането на височина 3000 км. В лабораторни условия космическите кораби се изпитват преди полет именно при такова налягане.
В момента Слънчевата система преминава през водороден галактичен облак и поради това вакуумът около нашата планета не е толкова висок. В нашата Галактика, както в повечето спирални галактики, съществуват голямо количество прахообразни и газообразни облаци, които обикновено са разположени в долната част на екваториалната им плоскост. Прахообразните облаци са изградени от частици с големина около един микрометър, а газообразните облаци съдържат основно водород и хелий, като двата елемента могат да бъдат в йонизирано или неутрално състояние. В Галактиката ни броят на газообразните облаци е около 100 пъти по-голям от този на прахообразните. Големината им достига до 20 светлинни години в диаметър, а разстоянието между тях е средно около 100 светлинни години.
Освен галактичните облаци съществува и друг фактор, който нарушава космическия вакуум. Известно е например, че Слънцето предизвиква вятър от наелектризирани частици като електрони и протони, чиято скорост се изменя в зависимост от активността на звездата от 300 до 900 км/сек, или над 1000000 км/ч. В Галактиката ни обаче съществуват около 10000 звезди от клас "O" с температура на повърхността около 30000 К и маса, превишаваща до 80 пъти слънчевата, които понякога създават истински космически урагани от заредени частици. Скоростта на звездния вятър в тях може да достигне до 4000 км/сек, или близо 14000000 км/ч.
Съществува ли тогава абсолютен вакуум в далечното космическо пространство?
Наличието на няколко частици в един кубичен метър - средната гъстота на материята между звездите, както и фоновото, реликтово излъчване с температура 2,7 К, не ни позволяват да твърдим подобно нещо. Тук трябва да споменем все пак, че космическият вакуум не е равномерно разпределен в Космоса. В някои области на Вселената той е много по-голям и достига до 0,1 частици на кубичен сантиметър. Ако се вземат предвид кластерните образувания и групираните около тях огромни галактични струпвания, както и съществуването на черни дупки, играещи ролята на своеобразни вакуумни свръхпомпи в Космоса, може да се предположи, че в пространството около тях вакуумът нараства в още по-голяма степен. Дали този свръхвакуум е абсолютно празно пространство, което във физиката носи названието прост вакуум? Оказва се, че не, и физиците отдавна са разбрали този факт.
При нищожните разстояния, милиарди пъти по-малки от размерите на елементарните частици от порядъка на една Планкова дължина L_Pl = 1,6.E-35 метра, вакуумът се оказва, че има много сложна дребнозърнеста структура.
Геометрията на тази структура, разгледана в динамика, определя всички видове взаимодействия в природата и във Вселената. Дребнозърнестата структура може да се представи като свръхплътно, динамично пулсиращо и затворено в себе си физично поле. Това поле притежава плътност на масата от порядъка на 10E+93 грама/см3. Като се има предвид, че плътността на водата е 1 грам/см3, а на най-плътният елемент осмий е само 22,6 грама/см3, то излиза, че плътността на вакуумната структурна клетка е фантастична. Нейната маса при размери от порядъка на Планковата дължина би била еквивалентна на Планковата маса M_Pl = 0,000022 грама. Тази плътност на вакуумната структурна клетка би могла да се обясни единствено с ефект, създаван от гравитационния дефект на масата.
Как може да се обясни този ефект?
Ако разгледаме гравитационното привличане на два електрона, поставени на разстояние 1 метра един от друг, то ще видим, че то е нищожно. Но ако те бяха безкрайно малки по размери и поставени на Планково разстояние един от друг, то тяхното гравитационно привличане би станало безкрайно. Това означава, че с намаляване на разстоянието и увеличаване на плътността на наблюдаваната материя поради квадратичната зависимост на силата на привличане от разстоянието интензивността на гравитационната сила фактически нараства неограничено. На съвсем нищожните разстояния, сравними с микроструктурата на вакуума, гравитацията става основна доминираща сила на нашия свят. Огромната фактически безкрайна плътност на вакуума създава съответно по величина гравитационно поле, което на свой ред поражда такива локални изкривявания на време-пространството, че енергията на вакуума остава запечатана в клетките на неговата микроструктура. С други думи, гигантската енергия на вакуума създава толкова мощен дефект на масата, че той напълно компенсира енергията, скрита в клетките на вакуумната микроструктура, и поради това тя на големи разстояния въобще не се проявява и не може да бъде регистрирана от никакъв прибор. Като резултат от всичко това ние възприемаме вакуума като празно пространство.
...............
следва продължение
П.П. Тази статия се опитва да даде обяснение за структурата на вакуума, свойствата на материята в нашето измерение, както и на електромагнитното поле.
