5 років тому
Немає коментарів

Sorry, this entry is only available in
Російська
На жаль, цей запис доступний тільки на
Російська.
К сожалению, эта запись доступна только на
Російська.

For the sake of viewer convenience, the content is shown below in the alternative language. You may click the link to switch the active language.

Физический вакуум представляет собой «море» все­возможных так называемых виртуальных частиц и анти­частиц. В отсутствие внешних полей эти частицы не мо­гут превратиться в реальные. Однако достаточно силь­ное постоянное или быстро меняющееся поле (напри­мер, электромагнитное или гравитационное) может выз­вать такое превращение.

Интерес к подобным процессам теоретики проявляли давно. Рассмотрим, например, процесс рождения час­тиц в переменном поле (именно такой процесс важен в случае гравитационного поля).

Известно, что квантовые процессы необычны, часто непривычны для рассуждений с точки зрения «здравого смысла». Поэтому прежде чем говорить о рождении час­тиц в переменном гравитационном поле, рассмотрим, простой пример из механики, который сделает понятнее дальнейшее изложение.

Представим себе маятник. Его подвес перекинут че­рез блок: подтягивая веревку или опуская ее, можно менять длину подвеса. Толкнем теперь маятник — он начнет колебаться. Период колебаний Т зависит от дли­ны подвеса l:T=2пКореньl/g, где g — ускорение свобод­ного падения.

Теперь будем очень медленно подтягивать веревку. Длина маятника уменьшится, уменьшится и период, но увеличится размах (амплитуда) колебаний.

Медленно вернем веревку в прежнее положение. Пе­риод вернется к прежнему значению, прежней станет и амплитуда колебаний.

Подобные изменения амплитуды носят название адиабатических. Если пренебречь затуханием колебаний вследствие трения, то энергия, заключенная в колеба­ниях, в конечном состоянии останется прежней (такой, как была до всего цикла изменения длины маятника). Но можно и так изменять длину маятника, что после возвращения к исходной длине амплитуда будет ме­няться. Для этого надо подергивать веревку с частотой, вдвое большей частоты маятника. (Так мы поступаем, раскачиваясь на качелях.) Это явление названо пара­метрическим резонансом.

Подобным же образом можно «раскачивать» элек­тромагнитные волны в резонаторе. Если в полости с зеркальными стенками и поршнем имеется электромаг­нитная волна, то, двигая поршень вперед и назад с час­тотой, вдвое большей частоты электромагнитной волны, мы будем менять ее амплитуду. Выбирая различным об­разом фазу движения поршня по отношению к фазе волны, можно увеличивать амплитуду электромагнитной волны и уменьшать ее. Но если проводить опыты при всех возможных фазах, то в среднем всегда получится усиление волны. Следовательно, неадиабатичность про­цесса ведет к «накачке» энергии в энергию колебаний.

Если в резонаторе имеются электромагнитные волны всевозможных частот, то, как бы мы ни двигали пор­шень, всегда найдется волна такой частоты, которая со­ответствует характерному времени изменения движения поршня. Амплитуда этой волны возрастет. На языке квантовой физики увеличение амплитуды означает уве­личение в волне количества фотонов. Итак, неадиаба­тичность процесса вызывает рождение новых фотонов — частиц электромагнитного поля.

После знакомства с этими простыми примерами вер­немся к физическому вакууму — к «морю» всевозмож­ных виртуальных частиц. Для простоты мы будем гово­рить только об одном сорте частиц — о виртуальных фотонах, т. е. квантах электромагнитного поля.

Оказывается, что неадиабатический процесс, который в классической физике ведет к усилению уже имеющих­ся колебаний (волн), в квантовой физике может приводить к «усилению» виртуальных колебаний, т. е. к пре­вращению виртуальных частиц в реальные. Так, изме­нение со временем гравитационного поля должно вызы­вать рождение фотонов с частотой порядка характерно­го времени изменения поля. Обычно эти эффекты ни­чтожно малы, поскольку слабы гравитационные поля. Однако в начале расширения Вселенной эти эффекты должны быть очень сильны, так как и гравитационные силы и скорость их изменения там колоссальны. Воз­можно, что квантовые процессы, происходившие еще вблизи начальной сингулярности, определили основные черты сегодняшней Вселенной.

Но не только вблизи сингулярности могут рождаться частицы. Уже давно известно, что частицы могут рож­даться вблизи черных дыр. Если тело было заряжен­ным, то после его превращения в черную дыру во внеш­нем пространстве останется электрическое поле. В до­статочно сильном электрическом поле могут рождаться пары заряженных частиц — электроны и позитроны. Рождаются частицы и в поле тяготения вращающейся черной дыры, возникшей из вращающегося тела. Оба процесса вызываются полями вокруг черной дыры и приводят к изменению этих полей, но не уменьшают са­му черную дыру, не уменьшают размеры области, от­куда не выходят свет и любое другое излучение, а так­же частицы.