ВАКУУМ
физический,
среда, в к-рой нет частиц вещества или поля. В технике В. наз. среду, в к-рой
содержится "очень мало" частиц; чем меньше частиц находится в единице объёма
такой среды, тем более высок В. Однако полный В.- среда, в к-рой совсем нет
частиц, вовсе не есть лишённое всяких свойств "ничто". Отсутствие частиц в
физ. системе не означает, что она "абсолютно пуста" и в ней ничего не происходит.
Совр. понятие В. оформилось
в рамках квантовой теории поля. В микромире, к-рый описывается квантовой
теорией, имеет место корпускулярно-волновой дуализм: любые частицы
(молекулы, атомы, элементарные частицы) обладают нек-рыми волновыми свойствами
и любым волнам присущи нек-рые свойства частиц (корпускул). В квантовой теории
поля все частицы, в т. ч. и "корпускулы" световых волн, фотоны, выступают
на одинаковых основаниях - как кванты соответствующих им физич. полей: фотон
- квант электромагнитного поля; электрон и позитрон - кванты элект-ронно-позитронного
поля; мезоны - кванты мезонного, или ядерного, поля и т. д. С каждым квантом
связаны присущие частицам физич. величины: масса, энергия, количество движения
(импульс), электрич. заряд, спин и др. Состояние системы и её физич.
характеристики полностью определяются числом составляющих её частиц - квантов
- и их индивидуальными состояниями. В частности, у любой квантовой системы
имеется вакуумное состояние, в к-ром она вовсе не содержит частиц (квантов).
В таком состоянии энергия системы принимает наименьшее из возможных значений,
а её заряд, спин и прочие характеризующие систему квантовые числа равны
нулю. Эти факты интуитивно понятны: поскольку в вакуумном состоянии нет материальных
носителей физич. свойств, то, казалось бы, для такого состояния значения всех
физич. величиндолжны равняться нулю. Но в квантовой теории действует принцип
неопределённостей (см. Неопределённостей соотношение), согласно к-рому
только часть относящихся к системе физич. величин может иметь одновременно
точные значения; остальные величины оказываются неопределёнными. (Так, точное
задание импульса частицы влечёт за собой полную неопределённость её координаты.)
Поэтому во всякой квантовой системе не могут одновременно точно равняться
нулю все физич. величины.
К величинам, к-рые не
могут быть одновременно точно заданы, относятся, напр., число фотонов и напряжённость
электрич. (или магнитного) поля: строгая фиксация числа фотонов приводит к
разбросу (флуктуациям) в величине напряжённости электрич. поля относительно
нек-рого среднего значения (и наоборот). Если число фотонов в системе в точности
равно нулю (вакуумное состояние электромагнитного поля), то напряжённость
электрич. поля не имеет определённого значения: поле всё время будет испытывать
флуктуации, хотя среднее (наблюдаемое) значение напряжённости будет равно
нулю. Таким флуктуациям подвержены и все другие физич. поля - электронно-позитронное,
мезонное и т. д. В квантовой теории поля флуктуации интерпретируются как рождение
и уничтожение виртуальных частиц (т. е. частиц, к-рые непрерывно рождаются
и сразу же уничтожаются), или виртуальных квантов данного поля. Наличие флуктуации
не сказывается на значениях полного электрич. заряда, спина и др. характеристик
системы, к-рые, как уже говорилось, равны нулю в состоянии В. Однако виртуальные
частицы точно так же участвуют во взаимодействиях, как и реальные. Напр.,
виртуальный фотон способен породить виртуальную пару электрон-позитрон, аналогично
рождению реальным фотоном реальной электрон-позит-ронной пары (см. Аннигиляция
и рождение пар). Благодаря флуктуациям В. приобретает особые свойства,
проявляющиеся в наблюдаемых эффектах, и, следовательно, состояние В. обладает
всеми правами "настоящих" физич. состояний. Рассмотрим систему, состоящую
только из одного реального электрона. Реальных фотонов в такой системе нет,
но флуктуации фотонного В. (этот термин и означает отсутствие реальных фотонов)
приводят к возникновению "облака" виртуальных фотонов возле этого электрона,
а вслед за ними - виртуальных пар электрон-позитрон. Такие пары проявляют
себя подобно связанным зарядам в диэлектрике: под действием куло-новского
поля реального электрона они поляризуются и экранируют (т. е. эффективно уменьшают)
заряд электрона. По аналогии с диэлектриком, эффект экранирования заряда виртуальными
частицами наз. поляризацией вакуума.
В результате поляризации
В. электрич. поле заряженной частицы на малых расстояниях от неё слегка отличается
от ку-лоновского. Из-за этого, напр., смещаются энергетич. уровни ближайших
к ядру электронов в атоме (см. Сдвиг уровней). Поляризация В. влияет
и на поведение заряженных частиц в магнитном поле. Характеризующий это поведение
магнитный момент частицы в итоге отличается от своего "нормального" значения,
определяемого массой и спином частицы (см.
Магнетон). Поправки
как к уровням энергии, так и к магнитному моменту, составляют доли процента,
и теоретически вычисленные значения с очень высокой точностью согласуются
с измеренными на опыте.
Лит. см. при ст.
Квантовая теория поля. В.П. Павлов.
А Б В Г Д Е Ё Ж З И Й К Л М Н О П Р С Т У Ф Х Ц Ч Ш Щ Ъ Ы Ь Э Ю Я