{"id":868,"title":"\u0418\u0449\u0435\u043c \u0440\u0435\u0434\u0430\u043a\u0442\u043e\u0440\u0430 \u00ab\u0422\u0435\u0445\u043d\u043e\u043b\u043e\u0433\u0438\u0439\u00bb. \u0422\u0435\u043c\u044b: \u0441\u043e\u0431\u044b\u0442\u0438\u044f, \u0442\u0440\u0435\u043d\u0434\u044b \u0438 \u0443\u0441\u0442\u0440\u043e\u0439\u0441\u0442\u0432\u0430","url":"\/redirect?component=advertising&id=868&url=https:\/\/tjournal.ru\/team\/458804-novaya-vakansiya-redaktor-otdela-tehnologiy&placeBit=1&hash=3aefe988eedaea3f200032261c468888f7721abf81441097693333957a7a407e","isPaidAndBannersEnabled":false}
Наука
Никита Логинов

Пустоты не существует: что находится между атомами и внутри них с точки зрения современной физики Статьи редакции

Квантовая механика против философской идеи абсолютной пустоты.

Одна из «фотографий» атомов в электронный микроскоп Изображение Корнельского университета

В комментариях к одной новости пользователь TJ поинтересовался, что находится вокруг атомов. Все твёрдые и осязаемые тела состоят из вещества, собранного в атомах и молекулах, но между частицами есть пространство, в котором как будто бы ничего нет. Если следовать этой логике, то окажется, что и сами атомы состоят из пустоты.

Внутри атомов находятся электроны — точечные частицы, которые не имеют размеров, а ядро атома примерно в 10 тысяч раз меньше самого атома. Выходит, что любой атом почти целиком состоит из пустоты — почти всё вещество атома сосредоточено в его ядре. Ядро, в свою очередь, состоит из нейтронов и протонов, а они сложены из ещё более элементарных частей, которые называются кварками. И кварки тоже не имеют размеров — это просто точки.

Примерно так атом выглядит на самом деле — миниатюрное ядро в центре электронного облака, а между ними как будто бы ничего нет Скриншот с видео MEL Science

Подобные рассуждения исходят из неверных допущений. На самом деле пустоты не существует — на уровне микромира (одной триллионной доли миллиметра) есть как минимум три явления, которые делают размышления о пустоте бессмысленными.

Вещество не имеет чётких границ и вообще состоит из волн

Поведение молекул, атомов и отдельных частиц вроде нейтронов и протонов описывает квантовая механика со своими законами. Одно из основных правил квантовой механики — принцип неопределённости Гейзенберга. В вольной трактовке он звучит так:

Нельзя с одинаковой точностью узнать местонахождение частицы и её скорость. Чем больше определена скорость частицы — тем более размыто её местоположение, и наоборот.

Это ограничение фундаментально, оно не зависит от качества измерительных приборов. Чтобы как можно точнее определить скорость частицы — нужно пронаблюдать за ней какое-то время. В таких условиях о местоположении частицы можно сказать лишь «ну, её можно обнаружить где-то в этой области».

Принцип неопределённости — следствие двойственной природы любых частиц вещества. Тот же электрон — одновременно и частица, и волна. Как всякая волна, он «размыт» в пространстве. Поэтому в атоме его изображают не точкой, а целым облаком. Там, где яркость облака ниже — электрон находится реже, но вероятность его нахождения там никогда не равна нулю.

«Расплывчатость» микрочастиц это не допущение, продиктованное несовершенством научного оборудования, а фундаментальное свойство материи. Электрон — точечная частица, но только когда его зафиксировали (измерили). Пока электрон не зафиксирован — он «расплывается» как волна. Электрон не летает точкой где-то в этой волне — он и есть волна с неопределёнными границами и размерами.

Когда атомы собраны в молекулы, их электронные облака могут пересекать и перекрывать друг друга. Так что невозможно с уверенностью говорить о том, что между атомами — абсолютно пустое пространство. Там всегда может оказаться электрон. Принцип неопределённости может «забрасывать» его даже в самые «неудобные» области, просто вероятность этого крайне мала.

Электронные облака атома водорода на разных уровнях энергии электрона Изображение Wikimedia

Существуют «фотографии» и даже целые «видеозаписи» атомов, где они выглядят как чётко очерченные шарики. Но это не настоящие изображения атомов как они есть, а всего лишь визуализации, построенные на собранных данных. На таких визуализациях местоположение и границы атомов всегда изображаются «в среднем». Иначе понятная картинка превратилась бы в расплывчатую кашу.

Чем масштабнее вещественное тело — тем определённее его границы и местоположение. Поэтому отдельная частица может «заполнить собой» целую комнату (и даже Вселенную, это не запрещено), а тела, которые состоят из огромного числа частиц (стулья, машины и дома), не расплываются и занимают вполне конечное и определённое место.

Впрочем, даже большие тела не избавлены от квантовой «расплывчатости», просто их волновая составляющая так сильно сокращается, что становится незаметной. Но её можно засечь высокоточным оборудованием. Так, в обсерватории LIGO с помощью лазеров учёные зафиксировали квантовое «дрожание» 40-килограммового зеркала — оно колебалось в пределах одной миллионной одной миллиардной миллиметра.

Виртуальные частицы — «клей» мироздания

Пусть электрон с ненулевой вероятностью может проявиться где угодно — всё-таки в атоме есть «тёмные» области, где вероятность нахождения электрона крайне мала. То есть, в этих областях большую часть времени нет никаких электронов, как и протонов, как и нейтронов. Значит, там абсолютно пусто?

И снова нет. Даже в самой «тёмной» области между ядром атома и его электроном есть нечто вполне материальное — «привязь», с помощью которой ядро удерживает электрон в атоме. Эта «привязь» — поток виртуальных фотонов, которые безостановочно снуют между ядром и электроном.

Виртуальные частицы так называются, потому что их нельзя зафиксировать напрямую. Они слишком быстро исчезают, распадаясь или превращаясь в другие частицы примерно за одну триллионную одной триллионной доли секунды. Расстояние, на которое они успевают переместиться, сравнимо с их «расплывчатостью» из-за принципа неопределённости. Это позволяет виртуальным частицам нарушать некоторые законы физики.

«Нормальные» частицы вроде реальных электронов и фотонов подчиняются базовым законам физики — их импульсы однозначно связаны с энергией, а энергию они не могут брать из ниоткуда. Но виртуальные частицы могут появляться сами по себе вопреки закону сохранения энергии, могут иметь отрицательную или мнимую массу. Всё это — полная бессмыслица с точки зрения физики. Тем не менее, есть масса признаков существования виртуальных частиц.

Эти «неправильные» частицы поистине вездесущи — они безостановочно рождаются и тут же исчезают во всех точках пространства: и между атомами, и внутри атомов, и даже внутри микрочастиц. Более того, они успевают «передать информацию» от одной реальной частицы к другой, если те находятся достаточно близко. Как в случае с электроном и протоном в ядре атома.

Схема строения протона — реальные кварки, виртуальные кварки и виртуальные глюоны. Численные масштабы не соблюдены Изображение CERN

Внутри самого протона роль виртуальных частиц становится ещё более заметной. Протон состоит из кварков — фундаментальных частиц, которые скреплены между собой «клеем» из виртуальных глюонов, частиц-переносчиков сильного взаимодействия. Там же, прямо внутри протона «бушует море» виртуальных кварков, которые постоянно появляются и исчезают, внося некоторый вклад в массу протона.

Существование таких частиц может показаться странным и неестественным: как что-то природное может нарушать законы самой же природы? Причина — в принципе неопределённости. На очень малых расстояниях и промежутках времени некоторые физические пропорции могут «сломаться», потому что энергия, масса, импульс как бы не успевают принять определённых значений.

Весь мир как возмущения квантовых полей

Двойственность материи, где электрон или фотон одновременно частица и волна, может показаться очень надуманной и неуклюжей концепцией. Это вина квантовой механики: при всей математической точности она довольно плохо описывает суть материи, потому что пытается «скрестить ежа с ужом» — классическую (макроскопическую) картину мира с микроскопической.

Но можно «спуститься на уровень ниже» и перейти к квантовой теории поля — она полностью отметает классические представления о реальности. В этой теории уже нет частиц как отдельных точек или очень маленьких шариков. Всё существующее здесь представлено в виде квантовых полей, а любые частицы — лишь как возмущения этих полей, локальные всплески энергии.

Фотон и электрон как возмущения квантового поля Скриншот с видео Fermilab

В таком случае, идея абсолютной пустоты отпадает как несостоятельная, даже если закрыть глаза на неопределённость положения реальных частиц и на постоянное «бурление» виртуальных частиц. Любое квантовое поле — совершенно монолитная материальная сущность, которая заполняет собой каждую точку пространства и имеет в каждой точке ненулевую энергию — энергию вакуума.

Такой подход позволяет иначе взглянуть на существование виртуальных частиц. Из-за принципа неопределённости поля постоянно колеблются, создавая иллюзию рождения частиц. Далеко не всегда это нормальные, полноценные частицы. Как правило, колебания полей порождают «дефективных уродцев» с «поломанными» свойствами. В нашей Вселенной такие частицы долго не живут — они-то и называются виртуальными.

Типичная диаграмма Фейнмана, которая изображает взаимодействие двух электронов через обмен виртуальным фотоном. Как правило, волнистыми линиями на таких диаграммах обозначаются только виртуальные частицы Изображение Dummies

Чем ближе свойства рождённой частицы к «физическому идеалу» — тем дольше она живёт. Тем частицам, что называются реальными, просто повезло иметь нормальные, пропорциональные свойства, которые соответствуют законам физики. Поэтому разница между реальными и виртуальными частицами — чисто количественная. По сути, всё это одно и то же, только первые проходят «естественный отбор», а вторые — нет.

Материя везде, пустоты не существует

Квантовые поля буквально «вшиты» в само пространство и заполняют его. В каком-то смысле, это и есть настоящая, фундаментальная материя нашей Вселенной. То, что люди привыкли видеть в повседневной жизни — лишь волновая «рябь» квантовых полей. Считать, что между частицами ничего нет — всё равно, что смотреть на горные вершины и думать, что между ними бесконечная пустота, только потому что пелена облаков скрывает землю внизу.

Понятие пустоты в физике вообще довольно условно, что демонстрирует эффект Унру. Его описание гласит: если начать достаточно быстро ускоряться, то из «пустоты» внезапно появятся частицы тёплого газа. То есть, «пустотность» окружающей среды зависит от ускорения наблюдателя, что совсем уж непривычно и полностью противоречит человеческой интуиции.

И пусть эффект Унру до сих пор не подтверждён на опыте — он хорошо показывает, насколько беспомощными могут быть попытки человека судить о пустоте и материи за пределами своей повседневной реальности, которая составляет очень и очень небольшую часть Вселенной.

{ "author_name": "Никита Логинов", "author_type": "editor", "tags": ["\u0444\u0438\u0437\u0438\u043a\u0430","\u0440\u0430\u0437\u0431\u043e\u0440\u044b","\u043b\u043e\u043d\u0433\u0440\u0438\u0434\u044b"], "comments": 641, "likes": 473, "favorites": 489, "is_advertisement": false, "subsite_label": "science", "id": 393428, "is_wide": true, "is_ugc": false, "date": "Thu, 10 Jun 2021 13:53:51 +0300", "is_special": false }
0
641 комментарий
Популярные
По порядку
Написать комментарий...

Пустоты нет! В нашем энергетическом мире всё очень плотно заполнено материей. Просто, это вопрос уровней - пустота на низшем уровне является очень плотной субстанцией на высшем уровне.
Ярким примером уровней является вода, которая в зависимости от уровней может быть твердой, жидкой, газообразной и плазмой. 

0

Тесла, например, утверждал, что эфир очень плотная субстанция, именно поэтому в нем так быстро распространяются волны - это похоже на толчок локомотивом вагонов - импульс передается очень четко.
А свойства материи, пространства и времени зависят от колебаний энергетической пары плюса и минуса, конструктивно похожей на ленту Мебиуса.

0

ТЕОРИЯ УРОВНЕЙ МИРОЗДАНИЯ гласит, что идеализм низшего уровня является материализмом высшего уровня. И так до бесконечности, как вверх, так и вниз по уровням. По сути, это подтверждение фрактальности всего мира. Это является главным в понимание сути мироздания – всё в нашем энергетическом мире материально, только всё зависит от уровней. А невозможность это подтвердить говорит о нашей слабой контрольно-измерительной аппаратуре. Материализм идеального мира доступен нам, пока, на подсознательном уровне. 

0

Ореол, окружающий личность и открытия Теслы, способствовал распространению всевозможных утверждений, носящих, как правило, полумифический характер. Подобные утверждения не поддаются проверке по причине отсутствия документов

По легенде, после смерти Теслы спецотдел ФБР, занимавшийся хранением собственности иностранных граждан (англ. Alien Property Custodian), выслал сотрудников, которые изъяли все бумаги, найденные ими в номере

Тим Шварц уверяет, что в 1976 году четыре невзрачных коробки с бумагами были выставлены на аукционе неким Майклом Борнесом (Michael P. Bornes), книготорговцем из Манхеттена. Дейл Элфри (Dale Alfrey) приобрёл их за 25 долларов, не зная, что это за бумаги. Согласно автору книги, позже выяснилось ( по легенде ) , что это лабораторные журналы и бумаги Николы Теслы, в которых описывались враждебные инопланетные существа, способные контролировать человеческий мозг

Филадельфийский эксперимент -

Говорить о непосредственном участии Теслы в этом гипотетическом событии вряд ли возможно по причине несовпадения дат жизни Теслы и времени проведения предполагаемого эксперимента, поскольку сам Тесла умер ещё до его начала — 7 января 1943 года, в то время как предполагается, что эксперимент был проведён только 28 октября 1943 года

Nikola Tesla electric car hoax -

В 1931 году Никола Тесла якобы продемонстрировал действующий прототип электромобиля, движущегося без каких-либо традиционных источников тока. Никаких материальных свидетельств существования этого электроавтомобиля не существует

Лучевое оружие -

Американское агентство DARPA в 1958 году якобы попыталось создать легендарные «лучи смерти» Теслы в ходе проекта «Качели» (англ. Seesaw), который проводился в Ливерморской национальной лаборатории. В 1982 году проект был прерван в связи с рядом неудач и превышением бюджета

Всего у Теслы насчитывается больше 700 изобретений и патентов, некоторые из которых являются важнейшими историческими вехами современного электричества. Возможно , Тесла придумал радио раньше Маркони

В 1891 году на публичной лекции Тесла описал и продемонстрировал принципы радиосвязи

В 1893 году учёный вплотную занялся вопросами беспроволочной связи и изобрёл мачтовую антенну

ньЮтон верил в корпускулы - а тесла верил в эфир

очень часто большим учёным свойственно ошибаться

так бывает

0

Ты откуда это взял и зачем копипастишь? Что срать больше нечем?

1

Подробно разработанная гипотеза о существовании физического эфира была выдвинута в 1618 году Рене Декартом и впервые изложена в труде «Мир труд май , или трактат о свете» (1634), а позже развита и опубликована в «Первоначалах философии» (1644)

Декарт рассматривал всю Вселенную как неопределённо протяжённую материю, принимающую различные формы под действием присущего ей движения

Декарт отрицал пустоту и считал, что всё пространство заполнено первоматерией или её производными. Первоматерию он представлял как абсолютно плотное тело, каждая из частей которого занимает часть пространства

Эта материя способна к делению на части любой формы под действием приложенной силы ( чего не бывает )

Невидимый эфир Декарта заполнял всё свободное от материи пространство Вселенной, однако не оказывал сопротивления при движении в нём вещественных тел ( например движению луны в космосе )

Декарт разделил «эфирные материи» по их свойствам на три категории :

- Элемент огня — как фотон

Частицы огня самые маленькие и обладают самой большой скоростью. Они разнообразно делятся при столкновении с другими телами и заполняют все промежутки между ними. Из них состоят звёзды и Солнце

описание не полностью но частично похоже на Фотон сегодня

- Элемент воздуха — микро сферы , которые формируют тончайшую `жидкость` по сравнению с видимой материей , но в отличие от элемента огня обладают известной величиной и фигурой ( частицы
) благодаря наличию осевого вращения ( спина ) . Это вращение позволяет сохранять форму частицы даже в состоянии покоя относительно окружающих тел. Из этих частиц состоит космос, не занятый звёздами или планетами, и они образуют собственно светоносный эфир ( сегодня частично похожие свойства имеют частицы в космосе . их много видов )

- Элемент земли — крупные частицы первоматерии , движения в которых очень малы или полностью отсутствуют. Из этих частиц состоят планеты ( составные атома )

Механические свойства эфира, а именно абсолютная твёрдость частиц второго элемента и их плотное прилегание друг к другу, способствуют мгновенному распространению изменений в них. Когда импульсы изменений достигают Земли, они воспринимаются нами в качестве тепла и света ( роль фотонов )

мгновенного распространения нет нигде

Изложенную систему мира Декарт применил для объяснения не только световых, но и других явлений. Причину тяжести (которую он считал присущей только земным предметам) Декарт видел в давлении окружающих Землю эфирных частиц, которые движутся быстрее самой Земли

сегодня такое давление оказывают Гравитоны и нейтрино

нейтрино - семейство частиц , их много

фотоны - семейство частиц , их много

Магнетизм вызван циркуляцией вокруг магнита двух встречных потоков мельчайших винтообразных частиц с противоположной резьбой ( возможно спИна ) , поэтому два магнита могут не только притягиваться, но и отталкиваться ( считал декарт )

сегодня магнитное свойство эт ПОЛЕ которые оказывает влияние своими квантами магнитными фотонами

как работают поля указано в комментриях наверху в роликах на 6 минут . там поле кварков и поле глюонов

поле глюнов своими волнами сталкивает кварки и держит их вместе

За электростатические явления аналогично ответственны частицы лентообразной формы ( у декарта )

~ сегодня электричество это ПОЛЕ ( там полЯ )

поле Электронов и поле электрических Фотонов ( их много видов )

Фотоны сталкивают заряженные частицы и держат их вместе ( повторяется история из ролика наверху с глюонами и кварками )

какая форма у электрона ? это волны на поле . там нет лентообразной формы

какая форма у фотонов ? эт волны на поле . там нет лентообразной формы

где есть что то лентообразной формы ? часть Струн Энергии так выглядит

струна - их много видов . нет 1-й струны

Декарт построил также оригинальную теорию цвета, по которой разные цвета получаются из-за разных скоростей вращения частиц ( спИнов )
второго элемента ( у него там 3 вида Эфира )

максим планк , 1899 год : разные цвета это разные Фотоны ( слово фотон из 1926 года )

фотон до КТП - это полёт электро магнитных волн ПОРЦИЕЙ ( они ещё крутятся вокруг своей оси в полёте , спин )  

0

Ты, тролль, представь ещё знания из эпохи каменного века.

–1

~ сегодня электричество это ПОЛЕ ( там полЯ )

поле Электронов и поле электрических Фотонов

и поле у каждой заряженной частицы ещё ( ведь есть не только электрон с зарядом )  

0

=  минус я тебе поставил за оскорбление

с тобой нормально говорят . как с человеком  

0

Ты, тролль, представь ещё знания из эпохи каменного века. А ты не человек - ты киборг, причем глупый киборг. Я с такими дебилами не общаюсь.

0

Засунь свой минус себе в жопу и торчи от него, баран!

–1

again  ,  минус я тебе поставил  

0
Читать все 641 комментарий
null