Что скрывается в пустоте?

01 сентября 1978 года, 00:00

Что скрывается в пустоте?

У первобытного человека был только костер, и без дров племя могло замерзнуть в двух шагах от угольного пласта, не подозревая, что в нем скрыта спасительная энергия.

Сегодня на нас работают вода и ветер, мы извлекаем энергию из угля, нефти и газа, черпаем ее из атомного ядра, думаем о широком преобразовании солнечного света в электричество, об использовании подземного тепла, и все равно чувствуем ограниченность наших энергетических ресурсов. Но вечно ли так будет продолжаться? Или наши потомки скажут, что даже термоядерная энергия — это не более чем костер по сравнению с теми вездесущими источниками, которыми они располагают? Вездесущими и неисчерпаемыми.

Обратим внимание вот на что. Сама вода, сам ветер каждодневно напоминали первобытному человеку о таящейся в них силе. И он очень скоро ею воспользовался. Энергия угля и нефти давала о себе знать менее явно, но тем не менее давала — пожарами в угольных пластах, например. И человек, следуя подсказке природы, научился использовать и эти источники энергии без всяких поначалу теорий и научных исследований.

Но никакой житейский и практический опыт уже не открыл бы нам, что энергия таится в куске урановой руды, в обыкновенном с виду камне. Для этого потребовалось зрение разума. Что же в этом смысле открывается ему сейчас? Попробуем в поисках энергии отправиться за горизонт современной практики.

Начнем свое мысленное путешествие с очевидного. Выйдем на улицу в ясную безлунную ночь и взглянем на небо. Это звезды нашей Галактики. А за ее пределами на расстояниях в миллионы и миллиарды световых лет — другие галактики, другие звездные системы. Их сотни миллионов, и каждая состоит из десятков и сотен миллиардов звезд. По современным данным, около 98 процентов вещества вселенной сосредоточено в звездах.

А между галактиками, между звездами — лишь отдельными точками и островами в необъятном космическом пространстве — что там?

Классическая физика Ньютона представляла себе вселенную как огромное вместилище, в котором разбросаны небесные тела. А в промежутках между ними абсолютная пустота.

Теперь мы знаем — пустоты нет.

Чем же заполнено пространство? В солнечной системе? Меж звездами? Галактиками?

Во время полных солнечных затмений можно видеть солнечную корону, серебристо-жемчужное сияние вокруг закрытого в этот момент лунным шаром Солнца. Но это нежно светящееся образование лишь небольшая часть короны, которая непрерывно расширяется, и ее частицы уносятся на сотни миллионов километров, образуя своеобразный ветер. В районе Земли его скорость составляет около 400 километров в секунду. Кстати, этот поток солнечной плазмы так и называют: «солнечный ветер». И название это отнюдь не просто эффектный литературный образ: солнечный ветер может в прямом смысле слова надувать паруса. Конечно, особые паруса — космические, сделанные из специальной полимерной пленки, площадью в десятки квадратных километров.

Между прочим, такой космический парусник американцы предполагают запустить в ближайшие годы по направлению к знаменитой комете Галлея, которая должна в очередной раз приблизиться к Солнцу в 1986 году. Таким образом, мы, в сущности, живем внутри солнечной короны и с полным правом можем считать себя обитателями солнечной атмосферы.

Однако если солнечный ветер до поверхности Земли практически не доходит, не в силах преодолеть магнитного поля планеты, то с межпланетной пылью мы соприкасаемся непосредственно. Ежегодно на поверхность Земли оседает ни много ни мало около миллиона тонн космических пылинок.

Внешне «пустое» пространство солнечной системы на деле, как видим, осыпает планеты дождем микрочастиц и таит в себе ветер, способный надуть паруса многотонных кораблей. О бесчисленных в нем кометах и метеоритах говорить тем более не приходится. Любопытно, что все известные кометы принадлежат солнечной системе, родились в ней, а поскольку это недолговечные образования, то, значит, откуда-то непрерывно поступает материал для их образования. Как и откуда — пока неизвестно, есть только более или менее правдоподобные гипотезы. Не исключено, что космическое пространство довольно интенсивно «загрязняют» планеты-гиганты. Это тем более вероятно, что кольца, считавшиеся ранее принадлежностью только Сатурна, обнаружены теперь и у Урана. Есть пока не подтвержденные сведения, что они присущи также Нептуну, время от времени возникают возле Юпитера, и серьезным выглядит предположение, что материал для них в значительной мере каким-то образом поставляют сами их «владельцы» — планеты. Во всяком случае, недавно последовало сенсационное открытие: пылевое кольцо обнаружено вокруг нашего дневного светила! Скорей это даже целая пылевая сфера толщиной примерно в четыре солнечных радиуса.

Глядя на галактики, видим также, сколь «замусорено» их пространство. В- межзвездных газопылевых облаках мы обнаруживаем даже сложные органические молекулы. И все же плотность вещества в космосе ничтожна. В межзвездном, тем более межгалактическом пространстве, судя по всему, приходится лишь одно ядро атома на кубический сантиметр.

Значит ли это, что там больше ничего нет? Сегодня любой школьник-старшеклассник знает, что это далеко не так. Что материальная основа мира не сводится к веществу. Что космос пронизан потоками элементарных частиц, заполнен всякого рода электромагнитными колебаниями и гравитационными полями.

Природа воспитала нас «вещественниками». Наши органы чувств настроены на восприятие вещества во всем его многообразии. Что касается излучений и полей, то» на них земная эволюция настроила нас куда хуже: зримый свет и тяготение — вот все, что улавливается без помощи приборов.

Поэтому в познании мира мы долгое время как бы отталкивались от вещества, ставили его во главу угла. И вся наша энергетика построена на использовании вещества, будь то уголь, нефть, текучая вода или минералы урана. Впрочем, в нашей ли этой привязанности тут дело?

Есть знаменитая формула Эйнштейна, формула эквивалентности энергии и массы. В веществе масса как бы сконцентрирована. А чем больше массы, тем больше скрытой потенциальной энергии. Мы же помним: девяносто восемь процентов вещества вселенной сосредоточено в звездах. В межпланетной, межзвездной, межгалактической среде оно крайне разрежено. Выходит, чем дальше в космос, в разреженное пространство, тем «жиже» масса, тем меньше потенциальной энергии? Значит, и впредь вещество останется для нас главным источником энергии? Космос, выходит, энергетическая с редкими очагами пустыня? И мы всегда будем жаться к звездным кострам, как когда-то наши предки жались к костру древесному. Ведь, между прочим, уголь и нефть тоже всего лишь «солнечные консервы», а на них, в общем, до сих пор держится энергетика человечества.

В целом получается так, что мечту о неисчерпаемом и вездесущем источнике энергии надо оставить.

Верен ли этот покоящийся на краеугольной формуле мироздания вывод?

Проделаем мысленный опыт. Уберем из космического пространства все пылинки, молекулы, атомы, все потоки элементарных частиц, все излучения и поля. Что останется? Пустота. Абсолютный вакуум. Ничто.

«Нет, — отвечает современная физика. — Все неверно, ибо вакуум, эта «пустота», на деле совершенно особый, скрытый, очень сложный, нами, почти еще не понятый физический мир». Мир, для нас, «вещественников», прямо-таки поразительный. Представьте себе: в каждом малом объеме пространства непрерывно рождаются пары «частица — античастица». Везде, всюду, будь то глубокий вакуум или межатомное пространство в кристаллической решетке алмаза. Но эти пары частиц, родившись, тут же исчезают, аннигилируют, взаимоуничтожаются. При этом они испускают кванты света, которые, однако, в свою очередь, мгновенно поглощаются, «проваливаются в никуда». В Среднем ничего нет, и мы ничего не увидим, хотя в каждый момент в любом микрообъеме существует многообразие частиц и квантов излучения. Оно все время возникает и тут же уничтожается. Оно есть, и его нет. Это парадоксальное явление получило название нулевых колебаний вакуума. А частицы, которые как бы существуют и одновременно не существуют, названы виртуальными.

Еще лет сорок назад известный советский физик Д. И. Блохинцев сказал, что одну мучившую тогда теоретиков загадку микромира невозможно устранить, если не принять во внимание колебания вакуума. Но в то время неизбежность «все более странного мира» еще не казалась столь неизбежной. Идея Блохинцева всем показалась настолько необычной, что никто не отнесся к ней с достаточной серьезностью.

Сегодня в реальности физического вакуума, «непустой пустоты» наука уже не сомневается.

Потому хотя бы, что влияние вакуума как некой физической среды приходится учитывать в некоторых опытах. Дело вот в чем. Вспомним элементарную школьную физику: два разноименных электрических заряда в пустоте притягиваются друг к другу с некоторой силой. Но если их поместить в какую-либо среду, то под ее влиянием сила взаимодействия между зарядами изменится. Например, в воде она ослабевает в восемьдесят раз. Нечто похожее происходит и в вакууме. Виртуальные частицы и вызывают отклонение от закона Кулона. И это отклонение наблюдается экспериментально, в частности, при опытах на ускорителях. Вакуум ведет себя как вполне конкретная, ничуть не хуже других, среда. Вопрос в другом: на какую же из знакомых нам сред он похож? На металл, жидкость, газ, плазму? Благодаря исследованиям последних лет физики начинают понимать, что во многих отношениях вакуум ведет себя подобно сверхпроводнику — металлу при сверхнизких температурах, когда в нем исчезает всякое электрическое сопротивление.

Но, как заметил известный советский физик академик А. Б. Мигдал, «пустота», вакуум все же особый, ни на что не похожий объект. Вакуум может заявить о себе для наблюдателя и явно: доказано, что если на «пустоту» оказать сильное внешнее воздействие, например, электрическим полем, то рождаемые ею скрытые частицы могут превращаться в реальные. Иными словами, вакуум при некоторых условиях может быть источником обычных, хорошо знакомых нам частиц.

Вполне возможно, что где-то во вселенной такие процессы идут. Дальше начинается совсем уж фантастика. Впрочем, строго научная.

По мнению видного советского ученого и философа академика АН Эстонской ССР Г. И. Наана, основу всего нашего мира составляет именно вакуум, а все остальное — вещество, поля, излучение — только легкая «рябь» на его поверхности.

По предположению ряда ученых, в вакууме может быть скрыта невообразимая энергия: в каждом кубическом микроне «пустоты» такое ее количество, которого вполне достаточно для образования чуть ли не триллионов галактик!

Вот что открывается на горизонте современного познания! Пока очень смутно. Нечетко. Однако, похоже, что само окружающее нас пространство представляет собой практически неисчерпаемый источник энергии. И, судя по тому, что нам известно о космических процессах, для самой природы извлечение энергии из «пустоты» отнюдь не является неразрешимой задачей. Вполне возможно, что многие могучие и труднообъяснимые всплески, которые мы наблюдаем во вселенной, — это результат таких взаимодействий вещества, излучения и вакуума, при которых из «пустоты» черпается энергия.

Ничего большего пока сказать нельзя. Рассуждая сейчас о вакууме, о возможностях его использования, мы находимся в положении тех физиков конца прошлого века, которые уловили самые первые сигналы из недр вещества, свидетельствовавшие о реальности внутриядерной энергии. Что они могли тогда предвидеть? И что мы можем сейчас предвидеть?

Однако, опираясь на опыт науки, можно надеяться, что дальнейшие исследования не только выявят тайны «пустоты», но и откроют пути искусственного возбуждения вакуума. А тогда человечество получит неисчерпаемый и вездесущий источник энергии.

 

Виктор Комаров

 

Рубрика: Без рубрики
Ключевые слова: вакуум
Просмотров: 7265