Чудесный вакуум

Вакуум понятие физическое, а такие термины как аннигиляция и антиматерия сугубо научные. Тем не менее, внимание ученых к этим понятиям очень трепетное, так как они обсуждают эту тему с большим восхищением. Судя по их описаниям, которые происходят с материей и антиматерией с их последующей аннигиляцией, действительно происходят чудеса в вакууме, что и вызывает восторг у них. Почти как в сказкe, со своей волшебной палочкой некоторым ученым удается получить из ничего и вещество, и антивещество, которые аннигилируют с выделением огромного количества энергии. Из совершенно пустого пространства получить огромное количество энергии – это же чудеса из чудес. Они объясняют такую возможность наличием квантовой энергии в вакууме. В таком случае превращение энергии в частицы окажется реальным фактом, но какая эта энергия, откуда она взялась и какое ее количество там, у них нет конкретного понимания. Сначала вкратце остановимся на основных терминах сегодняшней статьи.

      В современной физике антивещество определяется как вещество, состоящее из античастиц (или «партнеров») соответствующих частиц в «обычной» материи. Частицы антивещества несут тот же заряд, что и частицы вещества, но противоположного знака. Столкновение между любой частицей и ее партнером-античастицей приводит к их взаимной аннигиляции, порождая различные пропорции интенсивных фотонов (гамма – лучей, нейтрино, а иногда и менее массивных пар частица-античастица (ВикипедиЯ). И когда частицы антиматерии встречаются с частицей обычной материи, они взаимно уничтожают друг друга, аннигилируют, превращаясь в чистую энергию, во вспышку света, рентгеновского или гамма излучения. Слово «вакуум» в переводе с латинского означает «пустоту». В науке подразделяют несколько видов вакуума: технический, физический и космический. Кроме того, различают истинный вакуум – это пространство, которое совершенно пусто, но обладает минимально возможной энергией. Инфляционная теория также описывает состояние в пространстве ложного вакуума. Согласно инфляционной модели все элементарные частицы были созданы из энергии ложного вакуума. Если мы создадим условия идеального вакуума, где нет ни одной частицы, в том числе электрического и магнитного полей, то там обязательно будут присутствовать кванты гравитации, темной энергии и скорее нейтрино. Таким образом, в нашей Вселенной абсолютного вакуума нет, такой вакуум теоретически можно допустить в космическом пространстве, только между Вселенными.

        Считается, что вакуум обладает определенной энергией. Но откуда и какими процессами вакуум обеспечивается такой энергией, неизвестно. Согласно квантовой теории, энергия неотделима от пространства, которая ему присуща по определению. Этот феномен именуется квантовым вакуумом. Энергия вакуума – энергия, равномерно распределенная в вакууме и, предположительно, вызывающая отталкивание между любыми материальными объектами во Вселенной с силой, прямо пропорциональной их массе и расстоянию между ними. Обладает крайне низкой плотностью (ВикипедиЯ). Приведем общепринятые характеристики вакуума. В таком вакууме происходят квантовые флуктуации – это случайно возникающие и исчезающие электромагнитные волны. Считается, что такой процесс не нарушает закон сохранения энергии, так как происходят в очень короткий промежуток времени. Квантовая флуктуация – это временное спонтанное появление энергичных частиц из ничего, что допускается принципом неопределенности. Квантовая механика показала, что даже кажущееся пустым пространство заполнено флуктуирующими виртуальными частицами, которые посредством процессов, известного как туннелирование, могут генерировать материю.

        Также утверждается, что вакуум в современном понимании – это не пустота, а основное состояние в квантовой теории поля, в котором существуют нулевые колебания. Энергия нулевой точки, или нулевая энергия – это минимально возможная энергия, которой может обладать квантовомеханическая система. Однако с нулевыми колебаниями тоже возникли серьезные проблемы, о котором они описывают в чем они заключаются. Понятие энергии нулевой точки важно и для космологии, и в настоящее время в физике отсутствует полная теоретическая модель для понимания энергии нулевой точки в этом контексте. Физики Ричард Фейнман и Джон Уилер рассчитали, что излучение нулевой точки вакуума на порядок превышает ядерную энергию, а энергия одной лампочки будет достаточно для того, чтобы вскипятить весь Мировой океан. Вот мнение других ученых. Проблема в том, что теоретическая оценка энергии вакуума дает значение, которое в миллиарды раз больше, чем наблюдаемое значение темной энергии. Это означает, что-либо теория неверна, либо существует какой-то механизм, которой подавляет энергию вакуума до очень маленького значения. В чем тогда заключается значимость нулевой энергии в вакууме?

     Оказалось, что нулевые колебания – это рождения на короткие промежутки времени электрон-позитронных пар, которые потом схлопываются. Более того, исследования на коллайдерах показали, что сами протоны, и другие частицы, могут возникать, казалось бы, из пустого пространства, и возникают. Но не совсем из пустого – вакуум обладает энергией, отличной от нуля. Современная теория антивещества возникла в 1928 году в статье Поля Дирака. Дирак понял, что его релятивисткая версия волнового уравнения Шредингера для электронов предсказывает возможность возникновения антиэлектронов (ВикипедиЯ) Более того, продолжая исследования. Дирак открыл, что столкновение двух электронов – с положительной и отрицательной энергией – дает два фотона, которые расходятся в противоположных направлениях. После чего, превращение света в вещество теоретически предсказали Грегори Брейт и Джон Уилер в 1934 году. По их расчетам выходило, что при прямом столкновении фотонов друг с другом должны рождаться электрон-позитронные пары. Спустя годы, в 2021 году физики Брукхейвенской национальной лаборатории на коллайдере RHIC впервые доказали рождение электрон-позитронной пары в столкновении двух реальных фотонов. Это был настоящий триумф доказательства теории экспериментом. Можно считать вопрос на эту тему закрытым, так как доказаны получение из пустого пространства электрон-позитронной пары, их аннигиляция с освобождением энергии и фотонов, кроме того сталкивая эти фотоны получены снова электрон-позитронные пары. Великолепные результаты, которыми нужно гордиться.

       Однако, рациональное мышление говорит нам о том, что мы не можем получить что-то из ничего. Тем более это противоречит первому закону термодинамики, который гласит: «энергия не может быть создана или уничтожена, она лишь переходит из одного состояния в другое». Нам говорят, что в квантовой физике это не так и это доказаны работами Швингера и Казимира и Лоуренса Краусса. Кроме того, добавляют, если вы не знаете, как из вакуума получают что-то из ничего, значит вы не понимаете квантовую механику. Да и с этим мы согласны, но все же хотим анализировать, для чего нужны такие страстные утверждения. Об этом они сами пишут: 1. Квантовая флуктуация пустого пространства с зарождением частиц является доказательством «Большого Взрыва» в результате похожего явления и зарождения Вселенной; 2. Ускоренное расширение Вселенной, межгалактическое пространство которой постоянно заполняется непрерывном образованием частиц оказывающие антигравитационный эффект; 3. Квантовой вакуум с гравитацией объединив с ОТО А. Эйнштейна — это возможность создания теории всего. Теперь обратимся к одному из ярких работ квантовой физике Д. Швингера.

       Джулиан Швингер в 1951 году, один из основатель квантовой теории поля, дал полное теоретическое описание того, как материя может быть создана из ничего: просто путем приложения сильного электрического поля. С тех пор он известен как эффект Швингера. Одним из примеров этого стало описание швингеровского рождения электрон-позитронных пар в электрических полях, превышающих некоторый предел – 1,32 х 10¹⁸ вольт на метр. Физики увидели аналог рождения электрон-позитронных пар из вакуума под действием электрического поля большой напряженности, исследуя проводимость графенового транзистора. Однако в квантовой электродинамике этот эффект получил иную интерпретацию. В Нижнем Новгороде готовится эксперимент с петаваттным электрическим полем видимо для получения эффекта Швингера. Но мы уверены в том, что эффект Швингера в чистом виде невозможно реализовать, несмотря на то, что вся математика в точности сходилась с выводами Швингера еще в 1951 году.  Также считаем, что эффект Казимира является лишь косвенным доказательством, так как нуждается в новой интерпретации.

       Почему к данной теме мы обращаем такое пристальное внимание? Потому что, свою «энерго – гравитационную» и вытекающую из него «энерго – информационную» концепции мы строили именно на этих же данных, но которые анализированы нами по-иному. Как известно, при аннигиляции электрон и позитрон полностью разворачиваются в фотоны, а при столкновении двух реальных фотонов были получены настоящие электрон-позитронные пары, мы расценили эти факты как фундаментальные процессы в природе в виде формирования элементарных частиц.  Значит частицы как электрон и позитрон состоят из фотонов, которые приобрели определенную форму в результате лептогенеза и с последующем участием в бариогенезе. Главным остался вопрос, а как формируются сами фотоны? После тщательных изучений литературы мы пришли к выводу о том, что в формировании фотонов должны участвовать две силы – одна в виде квантов энергии и вторая в виде квантов гравитационного поля. Дискретность этих двух видов квантов позволяет им соединиться на основе когерентности и создать бинарное конформационное образование в виде полноценного фотона. При этом фотон имеет и корпускулярные, и волновые свойства одновременно. Наряду с этим электромагнитные свойства фотона обусловлены тем, что электрическое поле создается преимущественно квантами импульсной энергии, а магнитные – квантами гравитационной энергии. Кроме того, фотон как бинарное соединение из двух квантов приобретает также массу и спин формируя при этом определенную структуру, но не имеет заряда. Как видим, фотон универсальный кирпичик всей нашей Вселенной. Исходя из всего этого, мы пришли к выводу, что цикличность эволюции Вселенной является более реальным процессом. А в центре коллапса Вселенной главными являются всего две силы: энергетическое ядро и гравитационное поле. После Большого Отскока они создают материю и пространство, заполняя ее квантами импульсной (темной) энергии и квантами гравитационной (белой) энергии. Отсюда наша «энерго – гравитационная» концепция. Таким образом, в фазовый переход образования Вселенной в создании материи, то есть частиц, участвовали и энергия, и гравитация.  Теперь, мы предлагаем новую интерпретацию вышеуказанных данных, с нашей точки зрения. По нашим данным вакуум состоит из квантов импульсной (темной) и квантов гравитационной (белой) энергий. Кроме того, определенную роль видимо играет присутствие нейтрино в данной среде. Поэтому некоторые авторы тоже считают, что темная энергия является нулевой энергией вакуума.  Итак, квантовый вакуум состоит из квантов гравитационного поля и из квантов импульсной энергии, то есть из белой и темной энергии. Мы предлагаем кванты импульсной (темной) энергии назвать импульсонами, а кванты гравитационной (белой) энергии – гравитонами. Гравитон широко применяемый термин в физике, но в виде частиц, а согласно нашему предложению гравитон не может быть частицей, является только квантом, и, поэтому относится к неинформационным явлениям, как и темная (импульсная) энергия. Кроме того, по сообщениям издания SCMP ученым удалось обнаружить первые признаки существования гравитона (кванта гравитационного поля) – это гипотетическая безмассовая элементарная частица – переносчик гравитационного взаимодействия и квант гравитационного поля без электрического и других зарядов. Поэтому, когда пишут, что физики обнаружили, что гравитация может создавать свет и, этот результат порождает совершенно новое явление: генерацию света только за счет гравитации. Исходя из нашей концепции только за счет гравитации или только за счет энергии невозможно создавать фотон. Для того, чтобы соединить кванты этих двух видов энергий необходимо приложить не только большое количество энергии, но дополнительно инициирующий фактор в виде фотонов, где более подходящим является лазерные лучи так как они имеют когерентность, также сильное гравитационное или магнитное поле. Тогда, кванты темной и белой энергии, то есть импульсоны и гравитоны, имеющие соответствующие когерентность, могут образовать фотоны, а дополнительная энергия поможет формировать из них частицы в виде электрон-позитронной пары, которые потом подвергаются аннигиляции выделяя энергию и вновь распадаясь на фотоны. Но при этом различают однофотонную, которое наблюдается значительно чаще, также могут быть и двухфотонная и даже многофотонная аннигиляция. Все зависит от количества преподнесенной энергии, инициативной энергии (лазера) и других условий. (См. рисунок)

Схема формирования электрон-позитронной пары в вакууме с их аннигиляцией с образованием фотона и других составных квантов.

      Где, V – вакуум, N и S — магнитное поля, Е – энергия, Лазер – как инициирующий фактор, ē – электрон, е+ – позитрон, гамма – фотон, т.э. – квант темной энергии, б.э. – квант белой энергии.  Вот так мы представляем процесс конформации фотонов, с формированием фотонных частиц в виде электронов и позитронов – 1 этап и процесс аннигиляции – 2 этап. Показано наиболее часто встречающийся однофотонный процесс, где квант импульсной энергии электрона и квант гравитационной энергии позитрона (импульсоны и гравитоны), конформируются и образуют гамма фотон. В тоже время оставшиеся свободными квант гравитационной энергии (гравитон) электрона улетает, заполняя белую энергию вакуума, а соответственно – квант позитрона становится темной (импульсон) энергией. Кроме того, нельзя исключить участие нейтронов при этом. Но при достаточной энергии эти два кванта тоже могли образовать гамма фотон, тогда процесс будет называться двухфотонным.   В результате мы можем заметить, что в вакууме так просто не могут образоваться электрон-позитронная пара. Да, все пространство нашей Вселенной, в том числе вакуум заполнены квантами темной и белой энергии, а также частицами нейтрино. Космос состоит прежде всего из этих трех составляющих, где также расположена вся материя. Но, для рождения частиц из темной и белой энергии, необходимо создать условия несколько похожие при рождении Вселенной после Большого отскока. Это сильные поля, достаточное количество энергии и инициирующий фактор. Можно вспомнить простую русскую пословицу: «Без труда и рыбку не вытащишь из пруда». Когда авторы пишут в своих статьях о кипении вакуума или бурлящем супе частиц и античастиц, они также замечают, что все эти явления возможны только в условиях с высоким гравитационным потенциалом, в горизонте событий черных дыр. Ученые ищут возможность обнаружения антиматерии в таких объектах как «термоядерные» сверхновые, черные дыры, микроквазары и нейтронные звезды. По нашему мнению, это происходит во всех случаях, когда в космосе происходит событие с выделением большого количества энергии, где имеется также сильное гравитационное или магнитное поле. Такое происходит даже после удара молнии, в виде гамма излучения. В итоге в природе мы всегда наблюдаем многофотонный процесс. Для примера возьмем черную дыру, в джетах которых имеется огромная энергия, в том числе сильная гравитация и магнитное поле, а космический вакуум располагает и темной, и белой энергией, то есть насыщены и импульсонами, и гравитонами. Следовательно, имеются все условия для образования электрон-позитронной пары с последующей аннигиляцией, которые являются мощным источником гамма излучения. Дополнительным источником гамма излучения может быть деструкция самих фотонов в черных дырах, участвующих в джетах. Об этом мы написали в статье «Информация в черной дыре». Если рассмотреть излучение Хокинга вблизи горизонта событий черных дыр, с наших позиций, то это вполне объяснимо, но возможность испарения их остается сомнительной. Квантово-механическая неопределенность говорит нам, что в микроскопическом масштабе Вселенная является ареной, изобилующей бурными и хоатическими событиями. Как заметил однажды Фейнман: «возникать и аннигилировать, возникать и аннигилировать – какая пустая трата времени». Мы хотим успокоить великого ученого, лауреата Нобелевской премии, в том, что аннигиляция не пустая трата времени. Во время аннигиляции происходит конформация квантов темной и белой энергий, составляющие 96% космического вещества и тем самым они увеличивают энерго – информационную долю Вселенной, то есть в пользу материи. В итоге все крупные «космические события» увеличивают информационную насыщенность нашей Вселенной. С каждым эоном информационная насыщенность возрастает и в этом состоит эволюция Вселенной. Скоро будет столетие как Дирак открыл антиматерию и это помогло открыть чудесный процесс зарождения материи из энергии во время рождения нашей Вселенной. Все это оказалось естественным квантомеханическим процессом природы. Да, мы понимаем, что выводы делать рано, но надеемся на полезность этих суждений.

Хурамшин И.Ш.