"Poți să faci ceva din nimic, unchiule?" - Nu, prietene, nimic nu va veni de la nimic.
Shakespeare, "regele Lear" (tradus de TL Shchepkina-Kupernik)
Vacuumul este un spațiu gol. Este adesea folosit ca sinonim pentru cuvântul "nimic". De aceea ideea de energie în vid părea atât de ciudată când a fost prezentată pentru prima oară de Einstein. Cu toate acestea, sub influența realizărilor teoriei particulelor elementare în ultimele trei decenii, proporția fizicienilor în vid a fost radical schimbată. Vacuumul continuă cercetarea și cu cât învățăm mai mult despre aceasta, cu atât mai complexă și mai surprinzătoare pare.
Conform teoriilor moderne ale particulelor elementare, vidul este un obiect fizic; poate fi încărcat cu energie și poate fi într-o varietate de state. În terminologia fizicienilor, aceste stări sunt numite viduri diferite. Tipurile de particule elementare, masele și interacțiunile lor sunt determinate de vidul subiacent. Interconectarea dintre particule și vid este similară cu cea dintre undele sonore și materialul prin care se propagă. Vacuumul în care trăim este în cea mai scăzută stare de energie, se numește "vidul adevărat". [32]
Fizicienii au adunat o mulțime de cunoștințe despre particulele care locuiesc în acest tip de vid și forțele care acționează între ele. Interacțiunea nucleară puternică, de exemplu, leagă protonii și neutronii în nucleele atomice, forțele electromagnetice țin electroni în orbitele lor în jurul nucleelor, iar interacțiunea slabă este responsabilă pentru comportamentul particulelor luminoase evazive numite neutrinos. În funcție de numele lor, aceste trei interacțiuni au forțe foarte diferite, iar interacțiunea electromagnetică ocupă o poziție intermediară între cei puternici și cei slabi.
Proprietățile particulelor elementare în alte vidoare pot fi complet diferite. Nu se știe câte vacuumuri există, dar fizica particulelor elementare sugerează că probabil trebuie să existe cel puțin două, cu o simetrie mai mare și o varietate mai mică de particule și interacțiuni. Primul dintre acestea este așa-numitul vid electroweak, în care interacțiunile electromagnetice și slabe au aceeași forță și se manifestă ca componente ale unei forțe unificate. Electronii din acest vid au o masă zero și nu pot fi diferențiate de un neutrino. Se deplasează la viteza luminii și nu pot fi ținute în atomi. Nu e de mirare că nu trăim în acest tip de vid.
Al doilea este vidul Marii Unificări. în care se îmbină toate cele trei tipuri de interacțiuni dintre particule. În această stare extrem de simetrică, neutrinii, electronii și cuarcii (din care sunt compuși protoni și neutroni) devin interschimbabile. În cazul în care vidul electroweak aproape sigur există, atunci vacuumul Great Union este un design mult mai speculativ. Teoriile particulare elementare care prezic existența lor sunt atractive din punct de vedere teoretic, dar implică energii extrem de mari, iar confirmările lor observaționale sunt puține și în mare parte de natură indirectă.
Fiecare centimetru cub de vacuum electric conține energie colosală și, conform raportului Einstein între masă și energie, este o masă imensă, aproximativ zece milioane de miliarde de tone (aceasta este aproximativ masa lunii). Când se confruntă cu un număr atât de mare, fizicienii se îndreaptă către un număr redus de numere, exprimându-i în zeci de grade. Un triliu este o unitate urmată de 12 zerouri; este înregistrat ca 10 12. Zece milioane de trilioane este o unitate cu 19 zerouri; adică densitatea de masă a vidului electroweak este de 10 19 tone pe centimetru cub. Pentru vidul de mare unificare, densitatea de masă este chiar mai mare, și monstruos mai mult - de 10 48 de ori. Inutil să spun că acest vid nu a fost niciodată creat în laborator: acest lucru ar necesita mult mai multă energie decât este disponibilă cu tehnologia modernă.
În comparație cu aceste cantități uluitoare, energia vidului obișnuit adevărat este neglijabilă. Pentru o lungă perioadă de timp sa crezut că era exact zero, dar observațiile recente arată că vidul poate avea o mică energie pozitivă, echivalentă cu masa a trei atomi de hidrogen pe metru cub. Semnificația acestei descoperiri va fi clarificată în capitolele 9, 12 și 14.
Vacuumele cu energie înaltă sunt numite "false" deoarece, spre deosebire de un vid adevărat, ele sunt instabile. După o scurtă perioadă de timp, de obicei o mică fracțiune de secundă, se rupe un vid fals, transformându-se într-unul adevărat, iar energia excesivă este eliberată ca o minge de particule elementare. În următoarele capitole vom considera procesul de destrămare a vidului cu mult mai detaliat.
Dacă vidul are energie, atunci, conform lui Einstein, trebuie să aibă o tensiune. [33] Dar, așa cum am discutat în capitolul 2, tensiunea creează un efect gravitațional respingător. În cazul vidului, repulsia este de trei ori mai puternică decât atracția gravitațională cauzată de masa sa, astfel încât se obține o repulsie foarte puternică în sumă. Einstein a folosit această antigravitate pentru a echilibra atracția gravitațională a materiei obișnuite în modelul său staționar al lumii. El a constatat că acest echilibru este atins atunci când densitatea materiei este de două ori mai mare decât vidul. Gut a propus un plan diferit: în loc să echilibreze universul, el a vrut să-l umfle. Prin urmare, el a permis gravitarea gravitației respingătoare a vidului fals, fără a se confrunta cu rezistență.
Articole similare
Trimiteți-le prietenilor: