Космос озадачивает и завораживает людей с самого рассвета нашего вида. Казалось бы, это самая огромная, непостижимая часть нашей почти бесконечной Вселенной. Хотя наши знания о космосе, конечно же, ограничены, они выросли с тех пор, как мы начали изучать его.
Сегодня есть несколько представлений о космосе, с которыми согласны как ученые, так и обычные люди. Он темный. Он опасен. Он загадочен в том смысле, что законы стандартной модели физики не всегда применимы в космосе.
А поскольку пространство настолько обширно, существуют огромные участки пространства, в которых материи практически нет.
Этот аспект космоса, конечно же, связан со вторым моментом. Если вы когда-нибудь видели в кино выход в открытый космос, то знаете, что нахождение в “космическом вакууме” очень опасно.
Возможно, вы даже считаете само собой разумеющимся, что космос – это вакуум. Но соответствует ли это представление реальности?
На самом деле, технически космос не является вакуумом. Или, по крайней мере, не является идеальным вакуумом.
Что такое вакуум в астрофизике?
Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо рассмотреть, что же такое вакуум. Обычно под этим термином понимают пространство, в котором нет материи. Или давление которого значительно ниже атмосферного.
Но такое определение кажется не совсем точным. Это связано с тем, что в реальном мире невозможно создать пространство, полностью лишенное вещества. То, что ученые называют “идеальным вакуумом”.
Но почему нас вообще так волнует вакуум? На самом деле сила вакуума проистекает из силы давления. Если вы когда-нибудь испытывали заложенность ушей в самолете, то знаете, насколько чувствительно тело к перепадам давления. И это касается не только тела.
Поскольку материя имеет тенденцию перемещаться из областей с высоким, в области с низким давлением, эти пространства с низким давлением, лишенные материи, имеют тенденцию “засасывать” материю к себе. Именно так, как, по сути, работает пылесос.
Почему Космос не является идеальным вакуумом?
Если пространство настолько пусто, то почему оно не является идеальным вакуумом? Во-первых, в разных частях космоса плотность вещества различна.
Если в стандартной атмосфере содержится 2,5?10^19 молекул, в межпланетном пространстве, по оценкам, содержится всего около 11 молекул на см3. То в межзвездном пространстве – одна молекула на см3. А в межгалактическом – 10^-6 молекул на см3.
Это все к тому, что в зависимости от того, о какой части космоса идет речь, плотность вещества может быть разной. В целом Космос имеет крайне низкую, но ненулевую, плотность материи. Поэтому его нельзя считать идеальным вакуумом.
Однако это не единственная причина, по которой в космосе не идеальный вакуум. Даже глубокое межгалактическое пространство населено так называемыми виртуальными частицами.
Что такое виртуальные частицы?
Понятие “виртуальные частицы” может быть сложным для понимания – это странная причуда неинтуитивных правил квантовой механики. Лучший способ подойти к этой концепции состоит в том, чтобы забыть, что вы когда-либо видели слово “частица” в этом термине.
Виртуальная частица – это вообще не частица. Она относится именно к возмущению в поле, которое не является частицей.
Частица – это приятная, регулярная рябь в поле, которая может плавно и без усилий перемещаться в пространстве. Виртуальная частица – это возмущение в поле, которое никогда не может быть обнаружено само по себе. А вызвано присутствием других частиц, часто других полей.
Если что-то создает реальную частицу, то эта частица может сама по себе отправиться в путешествие по пространству. Если что-то создает возмущение [или “виртуальную частицу”], то это возмущение исчезнет или распадется, как только исчезнет его причина.
Ключевым здесь является следующее: Виртуальные частицы постоянно присутствуют в пространстве. И хотя они то появляются, то исчезают (“распадаются”) только для того, чтобы появиться вновь. Они надежно влияют на количество массы даже в глубоком космосе. Не позволяя ему быть настоящим идеальным вакуумом.
Как гравитация влияет на вакуум в космосе?
Еще один важный фактор, влияющий на создание вакуума в космосе, это гравитация. Каждая частица материи, сколь бы мала она ни была, имеет гравитационное влияние на все другие.
Хотя это влияние очень слабо, при достаточном времени оно собирает гигантские газовые облака. И хотя в начале существования Вселенной пространство было заполнено почти однородной массой материи. За миллиарды лет, прошедшие с Большого взрыва, гравитация сконденсировала большую часть этой материи.
В результате возникла Вселенная, которую мы знаем сегодня. Но также образовались огромные участки пространства, в которых материя почти полностью отсутствует.
Со временем гравитация будет продолжать увеличивать количество и степень пустоты в пространстве.
