Не фантастика, а наука

Когда вакуум не пустой

Как часто на вопрос, а что же находится в межзвёздном или межпланетном пространстве, мы получаем ответ – вакуум, пустота? Надо признать, что подобное суждение в каком-то смысле не слишком ошибочно, но уточнить всё равно необходимо – пустоты во Вселенной нет, а то, что мы в быту называем вакуумом не всегда является пространством без единого намёка на материю.

Представьте себе бутылку, ещё недавно заполненную водой. Затем жидкость выливают, и вот перед нами сосуд, в котором ничего нет. Можно сказать, что он пустой и в этом есть доля правды, если мы всего лишь задались вопросом, сколько бутылка весит. С точки зрения одного из разделов физики – механики, ошибки в терминах нет. Но в бутылке не вакуум, ведь в ней остаются молекулы воздуха. Тогда постараемся удалить из сосуда как можно больше вещества – и если давление внутри окажется гораздо ниже атмосферного, то по правилам техники и прикладных наук мы всё же устроили вакуум. Это будет очень приближённым описанием состояния – в космосе на каждый кубический дециметр, то есть литр пространства, приходится множество молекул и опять вакуум окажется не абсолютным.

Впрочем, не буду затягивать вступление, хотя без него никак. «Истинным» вакуумом считается некое состояние пространства, имеющее минимальные значения энергии. Даже если вы убрали из бутылки вообще все молекулы, то на самом микроскопическом уровне, таком, что сравним с размерами атомов, в ней всё равно существуют поля. Вы наверняка сталкивались с проявлениями полей в обычном, макроскопическом мире, мире вещей гораздо больших, чем элементарные частицы. Например, если пытаться совместить магниты одинаковыми полюсами, то явно можно почувствовать сопротивление. При этом, проведя между магнитами листом бумаги или пластмассовой ручкой, можно убедиться, что никакого особого веществами в зазоре нет, а сила отталкивания всё равно существует. То есть, поле проявляет себя в виде некоторого взаимодействия, которому не нужно вещество для передачи на расстояние. Конечно, раз поле может действовать, то оно обладает энергией.

В квантовом мире всё чуть сложнее, и перед нами один из феноменов квантового поля. Благодаря ему можно ввести понятие физического вакуума.

Точное определение вакуума на данный момент достаточно простое – это поле с минимальным значением энергии или, что точнее, с наименее низким энергетическим состоянием. Давайте прибегнем к сравнению, хоть и не совсем логичному: описываемое состояние можно представить как поверхность пруда в безветренную погоду. Она кажется гладкой и ровной, а когда вы приглядитесь, то увидите небольшие вздрагивания и волны, вызванные едва ощутимыми внутренними процессами. Такое состояние для воды будет считаться состоянием с минимальной энергией. То же и с вакуумом.

При этом, вакуумов несколько, в зависимости от того, как «вздрагивают» наши поля. Стоит вакууму немного увеличить энергию, как образуются высокоэнергетические участки, словно всплески на воде. Эти состояния называют ложными вакуумами. Существуют они очень недолго, ибо крайне нестабильны и стремятся отдать лишнюю энергию. В процессе распада такого вакуума образуются элементарные частицы, из которых затем складываются атомы.

Наш мир формально создаёт пустота. Которой в бытовом смысле слова вообще нет.

Сильное взаимодействие очень сильное

Ещё мыслители Древней Греции выдвинули смелую гипотезу о том, что всё вещество состоит из мельчайших частиц, которые невозможно разглядеть и разделить. Но только множество веков спустя люди подтвердили догадку мыслителей прошлого, открыли атом и атомное ядро, удивительные структуры, описанию и исследованию которых посвящено множество книг. Теперь мы знаем, как же примерно выглядят составные части молекул, какой обладают массой и на что способны. Фактически, это удивительное знание о микромире, который ничем не уступает по возможностям, а местами и превосходит знакомое нам пространство из крупных объектов. Однако, одно из самых замечательных свойств атомного мира – силы, которые не позволяют ядрам химических элементов развалиться, про них и пойдёт речь в этой заметке.

Начнём с того, что мы будем представлять ядро атома не как целый шарик, а как связанные между собой частицы, протон и нейтрон. Это не хитрый приём для упрощения материала, такие частицы существуют в реальности и называются нуклонами. Название подобрано соответствующее, от латинского nucleus «ядро». Нейтрон и протон вместе составляют бОльшую часть массы атома, хотя масса самого протона несравнимо меньше массы самого маленького кристаллика сахара в стакане вашего чая. Гравитация, чьё воздействие кажется нам огромным и универсальным, бесполезна на подобных масштабах. Тяготение заслуженно считается самой слабой силой во Вселенной и удержать вместе нуклоны только лишь гравитационным взаимодействием абсолютно немыслимо. Так что для связи нейтрона и протона в природе существует иной механизм, гораздо более эффективный и гибкий – так называемое сильное взаимодействие. Как видите, в этом случае физики придумали название без лишней помощи фантазии.

Сильное взаимодействие настолько сурово, что не будь у него ограничений, скрутило бы всю материю и изменило бы наш мир до неузнаваемости. Но здесь срабатывает некая вселенская защита от дурака, ведь у сильного взаимодействия есть своя сфера «применимости», это совсем микроскопическое расстояние, 10 в минус 15-й степени метра. Дальше оно никак себя не проявляет, и это, поверьте мне, здорово.

Ещё более экстраординарным можно считать сам механизм сильного взаимодействия – его так же называют обменным. Уже по одному слову можно догадаться, что в основе феномена лежит процесс распределения чего-то между нуклонами. Когда один нуклон притягивает второй, происходит обмен мезонами, элементарными частицами, которые являются переносчиками этого самого сильного взаимодействия. Хорошим примером механизма служит перебрасывание мячика двумя игроками. Когда один кидает, а другой ловит и происходит взаимодействие. Мезоны, столь важные для существования материи, несмотря на свою роль, относятся к короткоживущим частицам, время их существования не превосходит стомиллионных долей секунды.

Никому мы не нужны

Трудно сказать, когда именно лучшие умы человечества решили, что Земля не является единственным небесным телом во Вселенной, на котором возможна разумная жизнь. И я не говорю о жрецах и мистиках, которым нет нужды как-то обосновывать или подтверждать догматы собственных учений. Но в прошлом веке, благодаря развитию коммуникаций, сенсационные заявления о высадке пришельцев или наблюдениях летающих тарелок стали появляться в огромном количестве, словно какая-то завеса молчания упала. Фантасты и киноиндустрия верно уловили тренд, и вот уже количество фильмов и сериалов о вторжении жителей иных планет можно считать десятками или сотнями. Сюжет, за редким исключением, сводится к попытке завоевать бедненькое человечество или как минимум здорово ему подгадить. В конце, разумеется, побеждает дружба землян против захватчиков из космоса. Контакт считается оконченным и люди получают сомнительный приз в виде десятилетий восстановления осколков цивилизации. Но это лишь фантастика.

А вот современная наука не только не отрицает возможность существования внеземных цивилизаций, но и интенсивно ищет признаки разумной деятельности в нашей Галактике. Давайте отбросим сказки и мистификации о летающих тарелках и прикинем – а зачем инопланетянам прилетать на Землю? Интересна ли наша планета в качестве объекта для оккупации?

Предположим, где-то сравнительно недалеко от Солнечной системы есть обитаемый мир. Его жители овладели очень продвинутыми технологиями и стали использовать всю энергию собственной звезды. А это достаточно большие запасы, которые позволят быстро решить все проблемы на отдельно взятом обитаемом небесном теле и форсировать развитие науки. Разумеется, добившись всего и сразу, инопланетяне собрали межзвёздный флот, засекли сигналы с Земли и отправились в долгий путь к Солнцу.

Может быть, им нужна наша вода? В горле пересохло сразу у всех разумных существ, а океаны выпили ещё на прошлой неделе. В ряде книг и фильмов коварные инопланетяне прилетают, отстреливают 90% человечества и выкачивают океаны Земли. А дальше то ли в цистерны пакуют, то ли по межзвёздному трубопроводу отправляют. Надо признать, что у этих захватчиков явно проблемы с логикой, если не с головой. Рядом с Юпитером вращается более многообещающий объект для оккупации, целый водный мир, планета-спутник Европа. Она покрыта льдом, под коркой которого плещется солёный жидкий океан. Никаких тебе войнушек, загрязнений и, наверное, чужих форм жизни – качай на здоровье. Рядом, кстати, есть ешё один привлекательный объект, Ганимед, на котором так же отмечены признаки наличия воды.

А может, инопланетянам стало тесно на своей планете и наш мир интересует их как новый дом? Обладая огромными запасами энергии и передовыми технологиями, самым простым способом для них будет просто выбрать любую необитаемую планету без атмосферы и преобразовать её по своим вкусам, а не тащиться за десятки световых лет, чтобы истреблять миллиарды живых существ и искать спасение от земных вирусов и бактерий. Быстрее, дешевле, безопаснее.

Наконец, сырьё. Инопланетяне летят высосать нашу нефть, раздолбать планету в поисках ценных минералов и утащить к себе на прицепе? Тут снова есть вариант значительно проще. Солнце окружает пояс астероидов, огромных глыб, которые так же богаты полезными ископаемыми и лишены всех недостатков Земли. Нет никакой геологической активности, никаких лишних усилий для бурения сквозь поверхностный слой, не бегает семь миллиардов безволосых обезьян, которые могут научиться стрелять. К тому же, недра нашей планеты слишком неспокойны и часть из них, едва ли не большая, находится в экстремальном состоянии – высокая температура и давление делают будущую добычу чего-то полезного слишком трудной. Проще насобирать астероидов. Кстати, проекты по поиску и переработке сырья на астероидах существуют даже у земных учёных. Что же касается нефти, то этому соединению трудно даже представить место среди сырья для цивилизации, которая овладела способами межзвёздных перелётов.

Конец ознакомительного фрагмента.

Текст предоставлен ООО «ЛитРес».

Прочитайте эту книгу целиком, купив полную легальную версию на ЛитРес.

Безопасно оплатить книгу можно банковской картой Visa, MasterCard, Maestro, со счета мобильного телефона, с платежного терминала, в салоне МТС или Связной, через PayPal, WebMoney, Яндекс.Деньги, QIWI Кошелек, бонусными картами или другим удобным Вам способом.