{"id":817,"title":"\u042d\u043a\u0441\u043f\u0435\u0440\u0438\u043c\u0435\u043d\u0442: TJ \u043f\u0440\u043e\u0431\u0443\u0435\u0442 \u0441\u043d\u044f\u0442\u044c \u0432\u0438\u0440\u0443\u0441\u043d\u044b\u0439 \u0440\u043e\u043b\u0438\u043a","url":"\/redirect?component=advertising&id=817&url=https:\/\/tjournal.ru\/promo\/437972-go-to-viral&placeBit=1&hash=e286bac3abe93f3a1541f65e9c1f17811f1ebe6283ad1f720469da1249dcd175","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": 640, "likes": 464, "favorites": 484, "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
640 комментариев
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

Никола Те́сла (серб. Никола Те́сла, англ. Nikola Tesla; 10 июля 1856, Смилян, Госпич, Австрийская империя — 7 января 1943, Нью-Йорк, Нью-Йорк, США) — изобретатель в области электротехники и радиотехники сербского происхождения, учёный, инженер, физик

Родился в Австрийской империи, вырос в Австро-Венгрии, в последующие годы в основном работал во Франции и США. В 1891 году получил гражданство США

Широко известен благодаря своему вкладу в создание устройств, работающих на переменном токе

Также он известен как сторонник теории о существовании эфира — благодаря своим многочисленным опытам и экспериментам, имевшим целью показать наличие эфира как особой формы материи, поддающейся использованию в технике

В честь изобретателя названа единица измерения плотности магнитного потока (магнитной индукции) — тесла

Отец — Милутин Тесла (1819—1879), священник Сремской епархии сербской православной церкви, серб

В июле 1873 года Н. Тесла получил аттестат зрелости. Несмотря на наказ отца, Никола вернулся к семье в Госпич, где была эпидемия холеры, и тут же заразился. Вот что рассказывал об этом сам Тесла :

« Мне с детства была предназначена стезя священника. Эта перспектива, как чёрная туча, висела надо мной

На третьем курсе политеха Тесла увлёкся азартными играми, проигрывая в карты большие суммы денег

До 1882 года Тесла работал инженером-электриком в правительственной телеграфной компании в Будапеште, которая в то время занималась проведением телефонных линий и строительством центральной телефонной станции

В конце 1882 года он устроился в Континентальную компанию Эдисона (Continental Edison Company) в Париже. Одной из наиболее крупных работ компании было сооружение электростанции для железнодорожного вокзала в Страсбурге. В начале 1883 года компания направила Николу в Страсбург для решения ряда рабочих проблем, возникших при монтаже осветительного оборудования новой железнодорожной станции. В свободное время Тесла работал над изготовлением модели асинхронного электродвигателя. В 1883 году работа двигателя была продемонстрирована в мэрии Страсбурга.

К весне 1884 года работы на страсбургской ж/д станции были закончены, и Тесла вернулся в Париж, ожидая от компании премии в размере 25 тысяч долларов. Попробовав получить причитающиеся ему премиальные, он понял, что этих денег ему не видать и, оскорблённый, уволился

6 июля 1884 года Тесла прибыл в Нью-Йорк . Он устроился на работу в компанию Томаса Эдисона (Edison Machine Works) в качестве инженера по ремонту электродвигателей и генераторов постоянного тока

Весной 1885 года Эдисон пообещал Тесле 50 тысяч долларов, если у него получится конструктивно улучшить электрические машины постоянного тока, придуманные Эдисоном . Никола активно взялся за работу и вскоре представил 24 разновидности машины Эдисона, новый коммутатор и регулятор, значительно улучшающие эксплуатационные характеристики. Одобрив все усовершенствования, в ответ на вопрос о вознаграждении Эдисон отказал Тесле, заметив, что иммигрант пока плохо понимает американский юмор. Оскорблённый Тесла немедленно уволился

В 1886 году с осени и до весны изобретатель вынужден был перебиваться на подсобных работах. Он занимался рытьём канав, «спал, где придётся, и ел, что найдёт». В этот период он подружился с находившимся в подобном же положении инженером Брауном

Под офис своей компании в Нью-Йорке Тесла снял дом на знаменитой
Пятой авеню неподалёку от здания, занимаемого компанией Эдисона. Между двумя компаниями развязалась острая конкурентная борьба, известная под названием «Война токов»

В 1888—1895 годах Тесла занимался исследованиями магнитных полей высокой частоты. Эти годы были наиболее плодотворными: он получил множество патентов на изобретения

Башня Теслы — первая беспроводная телекоммуникационная башня Николы Теслы для коммерческой трансатлантической телефонии, радиовещания

Осенью 1937 года в Нью-Йорке 81-летний Тесла вышел из отеля «Нью-Йоркер», чтобы, как обычно, покормить голубей у собора и библиотеки. Переходя улицу в паре кварталов от отеля, Тесла не смог увернуться от движущегося такси и упал, получив травму спины и перелом трёх рёбер. Тесла отказался от услуг врача, чему следовал и прежде, и так полностью не оправился

Никола Тесла скончался в занимаемом им номере отеля «Нью-Йоркер» в ночь с 7 на 8 января 1943 года, на 87-м году жизни. Тело обнаружила 8 января горничная Алиса Монахэн (англ. Alice Monaghan), которая вошла в комнату вопреки вывешенной Теслой ещё 5 января табличке «не беспокоить». По заключению коронера, смерть наступила около 22:30 EST, предположительно от коронарного тромбоза

0

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

0

Эфир (светоносный эфир, от др.-греч. αἰθήρ, верхний слой воздуха; лат. aether) — гипотетическая всепроникающая среда , колебания которой проявляют себя как электромагнитные волны (в том числе как видимый свет). Концепция светоносного эфира была выдвинута в XVII веке Рене Декартом и получила подробное обоснование в XIX веке

XVII = 10 + 5 + 2

XIX = 10 + (10 - 1)

среда которая не обнаружена до сих пор , в XXI веке

XXI = 10 + 10 + 1

Концепция светоносного эфира была выдвинута в XVII веке Рене Декартом когда не знали что такое ПОЛЯ и не знали как предметы общаются между собой , оказывают влияние друг на друга на расстоянии без видимого касания

В конце XIX века в теории эфира возникли непреодолимые трудности, вынудившие физиков отказаться от понятия эфира и признать электромагнитное поле самодостаточным физическим объектом, не нуждающимся в дополнительном носителе

Неоднократные попытки отдельных учёных возродить концепцию эфира в той или иной форме (например, связать эфир с физическим вакуумом) успеха не имели

Из немногочисленных дошедших до нас трудов древнегреческих учёных можно понять, что эфир тогда понимался как особое небесное вещество, «заполнитель пустоты» в Космосе

более подробная картина изложена в трудах Аристотеля. Он также считал, что планеты и другие небесные тела состоят из эфира (или квинтэссенции), который есть «пятый элемент» природы, причём, в отличие от остальных (огня, воды, воздуха и земли), вечный и неизменный

Аристотель писал: «Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир во время обращения вокруг Земли». Эфир также заполняет весь внеземной Космос, начиная со сферы Луны; из приведённой цитаты можно сделать вывод, что эфир Аристотеля передаёт свет от Солнца ( фотоны ) и звёзд, а также тепло от Солнца. Аристотелевское понимание термина переняли средневековые схоласты; оно продержалось в науке до XVII века

0

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

0

Аристотель писал: «Солнце не состоит из огня; оно есть огромное скопление эфира; теплота Солнца причиняется действием его на эфир  !  ))))))))))))))))))))

0

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

0

ПО ХОДУ Я ОДИН ПОНИМАЮ ЧТО ТАКОЕ ЭФИРНАЯ ТРОЛЛИНА

тролль из радикалов эфира

велыкый пониматель науки

фанатик эфира ! )))))))))))))))  

0
Читать все 640 комментариев
Обсуждаемое
Интернет
Исчезновение Габби Петито: пара блогеров отправилась в поездку по США, документируя её в соцсетях. Вернулся лишь один
Поиски продолжаются почти неделю: жених девушки считается подозреваемым, но ничего не говорит, а к резонансному расследованию подключились детективы-любители с Reddit.
Новости
В сеть выложили видео с закрытого заседания Совфеда с Apple и Google. Глава комиссии спрашивал, кто управляет App Store
Обычно общение Apple с российскими властями оставалось за кулисами и никто даже не знал конкретных людей, которые выступают от имени компании.
Новости
В России начались трёхдневные выборы в Госдуму
Они завершатся в 20:00 по местному времени 19 сентября.
Популярное за три дня
Новости
Жительница США оплатила долг героев репортажа «Таких дел» из села Ведлозеро. Они брали взаймы продукты в магазине
На момент выхода материала они были должны магазину 4200 рублей.
Интернет
«Извините, уважаемые программисты»: после блокировки Google Docs команда Навального выложила списки кандидатов на GitHub
Сервис пока не заблокирован.
Интернет
От Steam до «Фикбука»: после попыток блокировки Telegraph и Google Docs списки «Умного голосования» публикуют повсюду
Под лозунгом «весь интернет не перебанить» пользователи теперь ожидают ещё и тематического видео на Porhhub.
null