Космічний, фізичний і помилковий вакуум

Дуже часто кажучи про космос, люди уявляють собі картину, де небесні об'єкти «висять» в якійсь середовищі, яку в різні часи, в залежності від наукових концепцій на даному витку знань, називали ефіром, порожнечею або вакуумом. У 21 столітті вчені класифікують цю космічну середу на види і підвиди, - це абсолютний вакуум, технічний вакуум, фізичний, космічний і цілий загін помилкових вакуумів.

Взагалі, що таке вакуум? Чому їх так багато, і як їх розрізнити? Просте визначення вакууму звучить також для розуміння просто: «Вакуум - це середовище з низьким тиском, сильно відрізняється від атмосферного». Секрет криється в слові «сильно». А інженери і вчені відразу звернуться до цифр. Отже, тиск речовини в вакуумному середовищі (на стінки посудини, звідки відкачали повітря) повинно бути менше однієї атмосфери або

101,35 кПа (кілопаскалях) на рівні моря. Вдумливий Новомосковсктель відразу спитає: а який тиск все-таки у вакуумній камері визначає вакуум?

Перебуваючи на матінці Землі, дорогий Новомосковсктель, почнемо-ка нашу екскурсію в світ вакуумів з заводських і науково-дослідних лабораторій. Сьогодні найбільш затребуваний вакуум на підприємствах - це Технічний Вакуум. Він необхідний заводам електронної апаратури і фармацевтичним фабрикам, медичним і біотехнологічним інститутам, Радіобіологічним і екологічним лабораторіям, а також на Великому адронному колайдері в розгінних кільцях. Він поділяється на кілька підвидів: низький вакуум або форвакуум, високий і надвисокий (або глибокий) вакуум.

Форвакуум містить десять в шістнадцятої ступеня молекул в одному кубічному сантиметрі. Високий вакуум містить в 100000 разів менше молекул в кубічному сантиметрі, ніж форвакуум. А надвисокий вакуум - менше високого ще в 10000 разів. Він хороший для електронних мікроскопів. Технічний Вакуум можна розглядати як особливий стан майже порожній середовища. Завдяки своїм властивостям, - він не проводить тепло, - то його використовують в судинах Дьюара, де зберігають і перевозять, наприклад, рідкий азот.

А тепер давайте, перенесемося в світ Фізичного Вакууму. Під цим терміном розуміють простір, в якому абсолютно відсутні реальні частки атомарного речовини. Але. Фізичний Вакуум не пустили, - він заповнений якимось енергетичним полем в найнижчими енергетичному стані, і фізики називають його терміном «квантування поле». Воно має нульовий імпульс, нульовий момент імпульсу і багато інших нульові характеристики, важливі, наприклад, для дослідників, що працюють в галузі фізики високих енергій на прискорювачах (БАК, Теватрон і ін.). В енергетичному бульйоні Фізичного Вакууму постійно народжуються і зникають нереальні, - віртуальні частинки. Ці процеси називається нульовими коливаннями енергетичного стану вакууму. В цьому випадку говорять не про щільність речовини, а про щільність енергії в вакуумі.

Розмірковуючи про Фізичному Вакуумі, фахівці, намагаються розуміти і такі незвичайні явища, як стану вакууму, звані Хибними вакуум. Звичайно, це питання цікавий скоріше вченим, ніж, скажімо, садівникам. Згадані вище нульові коливання Фізичного Вакууму іноді створюють як би додаткові вакуум з трохи більшою енергією, ніж нульова. Але Помилковий Вакуум існує дуже недовго (в обмеженому локальному просторі) і не здатний породити реальні частки. Через деякий час цей енергетичний бульбашка в бульйоні інших енергій «схлопивается» до істинного вакууму.

Що ж, дорогі Новомосковсктелі і екскурсанти, перейдемо в інший світ і познайомимося, нарешті, з Космічним вакуумом. Це дивний стан матерії хвилює сьогодні багатьох: від астрономів, космологов і фізиків, до космонавтів, космічних туристів, проектувальників космічних апаратів і письменників-фантастів. Космічний Вакуум, хоча і наближений до фізичного вакууму, але він не є абсолютним або абсолютно порожнім, в сенсі заповнення його речовиною і енергією. Основне наповнення Космічного Вакууму - енергетичні поля, космічні промені, плазма, радіохвилі, фотони (гамма-кванти) оптичного і не оптичного спектру (теплові та рентген). Я не акцентую уваги на темної матерії і темної енергії, хоча про це теж не варто забувати.

У глибокому космосі істинного речовини (молекул або атомів) залишається надзвичайно мало: від 1000 (в кращому випадку) до 1 штуки в 1 кубічному сантиметрі. Згадаймо, що середній радіус атома дорівнює одному Ангстрем або десяти в мінус восьмому ступені сантиметра. З огляду на розмір атома в порівнянні зі стороною цього кубика, можна уявити взаємодію двох атомів, як спілкування двох тарганів, якщо один з них живе у Вашингтоні, а інший в Москві. Навіть якщо «розмазати» тисячу атомів в цьому обсязі, то і на такій відстані атоми передати одному друг енергію або таргани взаємно почухати мордочки вусиками не зможуть ніяк.

Природно виникає питання. Якщо все небесні тіла у Всесвіті взаємодіють між собою, тоді як передаються сигнали в космосі, в Космічному Вакуумі? Перш за все, згадаємо про основні чотирьох типах фізичного взаємодії: - це електромагнітне, сильне (ядерне), слабке (за допомогою калібрувальних бозонів) і гравітаційне взаємодії і, відповідно, поля. Тут як ніколи доречне прислів'я: кожному овочу - свій час, а ми додамо: ще і місце. Відкинемо з розгляду короткодействующие поля і звернемо увагу лише на електромагнітне і гравітаційне.

Активні ядра галактик, які живуть за рахунок сильних процесів, періодично можуть вибухати, з викидом колосальної енергії, замагніченій плазми, різних випромінювань в оптичному, ультрафіолетовому, рентгенівському і радіохвильова спектрі і, звичайно ж, вузькоспрямовані струменя газу (як правило, їх дві). Газові шлейфи спалахів тягнуться від центру вибуху на десятки кілопарсек. Швидкість речовини в газовому струмені досягає ледь 500 км / сек (порівняйте зі швидкістю світла) і поступово зменшується, а щільність речовини стає порівнянною з штучної в кубічному сантиметрі.

Основна ж маса газопилових хмар і викинутої плазми захоплюється найпотужнішим гравітаційним полем самого обертового ядра галактики і залишається в області аккреционного диска, не виходячи далі 3-4 кілопарсек. Хоча спалаху і породжують космічні галактичні промені, які мають космічні швидкості галактичного вітру і, тим не менш, несуть в собі дуже розріджений кількість речовини. Все воно укладається в поняття Космічного Вакууму.

Очевидно, що для передачі звичайних звукових сигналів це кількість речовини не годиться. Тому в Космічному Вакуумі механічні поздовжні хвилі (або інакше хвилі щільності речовини або чергування областей стиснення і розрідження), інакше акустичні коливання або звук не виникають. Левова частка вибухової енергії (

90%) галактичного ядра переходить в оптичне випромінювання, рентген і радіовипромінювання, а не в речовину. Саме ці типи сигналів і поширюються в космосі.

Космічний Вакуум - не просто слова і абстрактні міркування. Сьогодні на орбітальних станціях він активно використовується в надтонких процесах космічної технології: - це вирощування надчистих кристалів для чутливих детекторів, а також виготовлення сонячних елементів на тонких плівках.

Дорогі Новомосковсктелі, ми не розглянули ще світ енштейновской вакууму, який необхідний в загальній і в спеціальній теорії відносності. Однак це вже зовсім інша історія, і залишимо його теоретикам погратися в космологічних рівняннях.