В вакууме сила трения возникать не должна: там просто нет частиц, которые могли бы породить её. Исследование физиков из Глазго доказывает, что возникновение такой силы в вакууме скорее подтверждает, чем опровергает, общую теорию относительности.

Вакуум никогда не бывает абсолютно пуст: в нём постоянно рождаются виртуальные пары частица-античастица, исчезающие в тот же миг. Однако в момент их возникновения возникает электромагнитное поле. Проходя через такое поле, атом возбуждается, а затем возвращается в невозбуждённое состояние, испуская фотон.

Расчёты группы физиков из Глазго показывают, как именно атом может перейти в возбуждённое состояние, а затем испустить фотон, проходя сквозь пустоту.

Если фотон излучается в направлении, противоположном движению атома, возникает сила, подобная силе трения, действие которой приводит к незначительному уменьшению скорости движения атома. По крайней мере, к такому выводу подталкивали учёных результаты экспериментов. Но такое заключение противоречило бы теории относительности.

По словам авторов исследования, они «неделями ломали головы, спрашивая себя, в здравом ли мы уме», — и в конце концов пришли к выводу, что все их результаты описываются знаменитой формулой E = mc².

Наконец физики поняли, что их расчёты верны: испуская фотон, атом, проходящий через вакуум, теряет в массе. Потеря очень незначительна, но всё-таки очевидна — хотя массой в уравнении Эйнштейна описывается энергия, связывающая элементарные частицы в ядре (нейтроны и протоны). Обычно взаимодействия на ядерном уровне не учитываются в уравнениях, описывающих движение атома — слишком велика разница в энергии. Однако если предположить, что атом претерпевает крохотную потерю в массе, проходя через вакуум, то выходит, что в процессе движения уменьшается магнитный момент атома, а не его скорость, что не противоречит теории относительности. Скорость остаётся неизменной, как и предсказано Эйнштейном.

«Наши измерения подтверждают, что, проходя через вакуум, поглощая и испуская квант света, атом встречает воздействие силы, напоминающей силу трения, но эта сила являет собой изменение магнитного момента атома, следующее из изменения массы, и не связано со снижением скорости движения атома», — следует из работы, опубликованной в журнале Physical Review Letters

Распад ложного вакуума — это физическое явление, способное уничтожить каждый атом во Вселенной. Если судить по некоторым заголовкам, именно его недавно и наблюдали ученые. Поводом для волны публикаций стала научная статья в Nature Physics, авторы которой вовсе не стремились уничтожить мир. Разберемся по порядку, что такое ложный вакуум, чем он опасен и какой выдающийся результат получили экспериментаторы.

В бытовом понимании вакуум — это когда нет совсем ничего. Однако так не бывает. В любой пустоте есть многочисленные поля — электромагнитное, гравитационное и другие. Строго говоря, с каждым видом элементарных частиц связано собственное поле.

Если любая пустота пронизана всевозможными полями, что же такое вакуум? Просто состояние полей с наименьшей энергией. Вопрос в том, что означает «наименьшая».

Простая аналогия: поднимая предмет над землей, мы запасаем в нем потенциальную энергию. Мерило этой энергии — высота. Гиря, выпущенная из рук, приходит в состояние наименьшей энергии, то есть падает на пол. Но если дело происходит на третьем этаже, есть нюанс. Уровень, в котором оказалась гиря — отнюдь не самый низкий в доме. Просто она не смогла пробить пол и добраться до второго этажа, не говоря уж о первом.

Самый глубокий минимум энергии поля называется истинным вакуумом. В нашей аналогии это уровень земли. Все остальные минимумы, если они есть (пол на верхних этажах) — ложные вакуумы.

Однако представим себе экстравагантного жильца, подпилившего пол под гирей. Она тут же устремится на следующий минимальный уровень — пол второго этажа. Разница в высоте этажей перейдет в энергию движения гири, и лучше не оказываться на ее пути. Аналогично, если ложный вакуум по каким-то причинам превратится в истинный или хотя бы в нижележащий ложный, выделится запасенная в нем энергия.

Самое зловещее в том, что пузырек истинного вакуума, однажды возникнув, будет расти во все стороны. Ложный вакуум, соприкасаясь с истинным, сам будет превращаться в истинный с выделением энергии. Это можно сравнить с лесным пожаром. Химическая энергия, запасенная в древесине, выделяется в виде тепла, одновременно поджигая соседние деревья.

Энергии распада ложного вакуума будет достаточно, чтобы разрушить любые структуры, от атомов до галактик. При этом «стена огня» станет распространяться со скоростью света. Теоретически не исключено, что в эту самую секунду она зарождается на какой-нибудь планете в тысяче световых лет от нас. В этом крайне маловероятном случае Земле осталась тысяча лет. Известная нам физика не предусматривает никакого «дождя», способного потушить «лесной пожар». Однажды начавшись, распад ложного вакуума охватит все пространство.

Согласно некоторым теориям, именно это произошло в момент Большого взрыва. Распад существовавшего тогда ложного вакуума породил стремительно расширяющееся пространство, заполненное раскаленной материей. По мере остывания из продуктов взрыва образовались звезды, галактики и планеты. Вопрос в том, добралась ли при Большом взрыве гиря до земли или только до очередного этажа. И во втором случае — грозит ли нам новое падение?
..........

Вскоре после того, как в 2013 году было подтверждено существование бозона Хиггса, Стандартная модель физики частиц некоторое время казалась завершённой. Однако поле Хиггса, квантом которого является эта частица, подкинуло множество странных и даже пугающих вопросов о природе массы и самого пространства-времени. Абстрагируемся на время от вопроса о том, сколько на самом деле может существовать бозонов Хиггса, и затронем в этой статье проблему истинного и ложного вакуума, которая связана с природой массы и энергии во Вселенной. Феномен «истинного вакуума» в противовес ложному впервые описал в статье 1977 года Сидни Коулман (1937 — 2007).

Именно поле Хиггса, квантом которого является открытый в 2012 году бозон, сообщает массу всем материальным объектам, а также задаёт минимальный уровень энергии пространства, который понимается как энергия вакуума. Однако энергия того вакуума, в котором покоится наша Вселенная, может представлять собой лишь локальный, а не глобальный энергетический минимум. В таком случае «наш» вакуум является мнимым или ложным, и нельзя исключать, что в нём в результате квантовых флуктуаций может случайно образоваться более низкоэнергетический регион или даже спонтанно расширяющаяся область, заполненная истинным вакуумом.

В любой физической системе обязательно найдётся как минимум одна такая конфигурация, в которой эта система будет содержать минимально возможное для неё количество энергии. Этот принцип действует на всех уровнях, от галактического до атомного. Так, изолированная от остальной Вселенной область пространства с минимальной энергией превращается в чёрную дыру. ....

Таким образом, чтобы получить среду, похожую на подлинный вакуум, нужно удалить из некоторой области пространства:

Обычную материю, состоящую из атомов.
Излучение.
Нейтрино.
Внешние электрические и магнитные поля, попадающие в эту область.
Саму энергию вакуума и кривизну пространства-времени.

Согласно современным представлениям, последний пункт из этого списка невыполним, так как вакуум находится в постоянной динамике, даже если в нём отсутствуют какие-либо точечные источники энергии или поля, обладающие энергией. ......