Большая Советская Энциклопедия (цитаты)

Вакуум (физический)

Вакуум (далее В) физический, среда, в которой нет частиц вещества или поля. В технике В (физический) называют среду, в которой содержится "очень мало" частиц; чем меньше частиц находится в единице объема такой среды, тем более высок В (физический) Однако полный В (физический) — среда, в которой совсем нет частиц, вовсе не есть лишенное всяких свойств "ничто". Отсутствие частиц в физической системе не означает, что она "абсолютно пуста" и в ней ничего не происходит.

  Современное понятие В (физический) оформилось в рамках квантовой теории поля. В микромире, который описывается квантовой теорией, имеет место корпускулярно-волновой дуализм: любые частицы (молекулы, элементарные частицы) обладают некоторыми волновыми свойствами и любым волнам присущи некоторые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории поля все частицы, в том числе и "корпускулы" световых волн, фотоны, выступают на одинаковых основаниях — как кванты соответствующих им физических полей: фотон — квант электромагнитного поля; электрон и позитрон — кванты электронно-позитронного поля; мезоны — кванты мезонного, или ядерного, поля и т.д. С каждым квантом связаны присущие частицам физические величины: масса, энергия, количество движения (импульс), электрический заряд, спин и др. Состояние системы и ее физические характеристики полностью определяются числом составляющих ее частиц — квантов — и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы имеется вакуумное состояние, в котором она вовсе не содержит частиц (квантов). В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений, а ее заряд, спин и прочие характеризующие систему квантовые числа равны нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных носителей физических свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех физических величин должны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип неопределенностей (см. Неопределенностей соотношение), согласно которому только часть относящихся к системе физических величин может иметь одновременно точные значения; остальные величины оказываются неопределенными. (Так, точное задание импульса частицы влечет за собой полную неопределенность ее координаты.) Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться нулю все физические величины.

  К величинам, которые не могут быть одновременно точно заданы, относятся, например, число фотонов и напряженность электрического (или поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к разбросу (флуктуациям) в величине напряженности электрического поля относительно некоторого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряженность электрического поля не имеет определенного значения: поле все время будет испытывать флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряженности будет равно нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физические поля — электронно-позитронное, мезонное и т.д.

  В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение и уничтожение виртуальных частиц (то есть частиц, которые непрерывно рождаются и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуаций не сказывается на значениях полного электрического заряда, спина и др. характеристик системы, которые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В (физический) Однако виртуальные частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Например, виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично рождению реальным фотоном реальной электрон-позитронной пары (см. Аннигиляция и рождение пар). Благодаря флуктуациям В (физический) приобретает особые свойства, проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В (физический) обладает всеми правами "настоящих" физических состояний.

  Рассмотрим систему, состоящую только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет, но флуктуации фотонного В (физический) (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов) приводят к возникновению "облака" виртуальных фотонов возле этого электрона, а вслед за ними — виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием кулоновского поля реального электрона они поляризуются и экранируют (то есть эффективно уменьшают) заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными частицами называется поляризацией вакуума.

  В результате поляризации В электрическое поле заряженной частицы на малых расстояниях от нее слегка отличается от кулоновского. Из-за этого, например, смещаются энергетические уровни ближайших к ядру электронов в (см. Сдвиг уровней). Поляризация В (физический) влияет и на поведение заряженных частиц в поле. Характеризующий это поведение момент частицы в итоге отличается от своего "нормального" значения, определяемого массой и спином частицы (см. Магнетон). Поправки как к уровням энергии, так и к моменту, составляют доли процента, и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются с измеренными на опыте.

  Лит. см. при ст. Квантовая теория поля.

  В (физический) П. Павлов.


Для поиска, наберите искомое слово (или его часть) в поле поиска


Новости 27.01.2023 20:05:05