Реферат по физике «Вакуум. Энергия физического вакуума»

1. 1
«В вакууме, заключенном в объеме обыкновенной
электрической лампочки, энергии такое большое
количество, что ее хватило бы, чтобы вскипятить все
океаны на Земле».
Р.Фейнман, Дж.Уиллер
Аннотация
По данным ОПЕК, мировой энергетический кризис наступит в
2030 году. За несколько лет до этого события экономика всех стран
начнёт неукоснительно падать, правительства будут вынуждены
принять чрезвычайные меры для снижения потребления
энергоресурсов, но это лишь ненадолго продлит агонию. Возникает
закономерный вопрос: существуют ли ещё какие-нибудь источники
энергии, которые мы не использовали? Существуют. В данной работе

2. 2
мы попытались обосновать возможность использования энергии
вакуума как энергии будущего.
Гипотеза
Физический вакуум - неисчерпаемый источник
энергии?
Что такое физический вакуум?
Согласно современным научным представлениям физический
вакуум – это один из самых сложных объектов, с которым когда-либо
сталкивался человеческий рассудок. Под физическим вакуумом в
современной физике понимают пространство, полностью лишённое
вещества. Но даже если бы удалось получить это состояние на
практике, оно не было бы абсолютной пустотой.
Вакуум является сложной иерархической системой, для которой
характерна самоорганизация. Именно самоорганизация вакуума
(внутренняя подстройка параметров вакуумных подсистем,
подчиненная неизвестным нам законам) и делает возможным
существование Вселенной в ее наблюдаемом виде. Из анализа
астрофизических наблюдений и лабораторных экспериментов
известно, что в определенном смысле физический вакуум является
носителем всех потенциальных свойств Вселенной, своеобразной
«матрицей возможного». Именно на уровне вакуума происходят
процессы превращения «Ничего» в макроскопическую Вселенную.

3. 3
Структуры вакуума обусловливают как сам факт рождения
Вселенной, так и ее свойства. По мнению ряда исследователей
«можно уверенно сказать, что у Вселенной в целом, благодаря
сложнейшей структуре физического вакуума, есть ряд признаков
системы, способной к самопознанию».
Физический вакуум с точки зрения
современной физики
В современной физике предпринимаются попытки представить
физический вакуум различными моделями. Многие ученые, начиная
от П.Дирака, пытались найти модельное представление, адекватное
физическому вакууму. Известны: вакуум Дирака, вакуум Уилера,
вакуум де Ситера, вакуум квантовой теории поля, вакуум Тернера-
Вилчека и другие.
Вакуум Дирака является одной из первых моделей. В ней
физический вакуум представлен "морем" заряженных частиц,
заполняющих все энергетические уровни.
Вакуум Уилера состоит из геометрических ячеек планковских
размеров. Согласно Уилеру все свойства
реального мира и сам реальный мир есть
проявление геометрии пространства.
Вакуум де Ситтера представлен совокупностью частиц с
целочисленным спином, находящихся в низшем энергетическом

4. 4
состоянии. Вакуум квантовой теории поля содержит в виртуальном
состоянии всевозможные частицы.
Вакуум Тернера-Вилчека представлен двумя проявлениями –
"истинным" вакуумом и "ложным" вакуумом. То, что в физике
считается самым низким энергетическим состоянием, есть "ложный"
вакуум, а истинно нулевое состояние находится ниже по
энергетической лестнице. При этом "ложный" вакуум может
переходить в состояние "истинного" вакуума.
В качестве дополнения к вышесказанному отметим, что
согласно современным научным представлениям физический
вакуум насыщен четырьмя известными типами флуктуаций,
характерными для различных пространственно-временных
масштабов Естества:
1.Первый тип флуктуаций физического вакуума связан с
электромагнитными волнами, т. е. волновыми возмущениями,
распространяющимися по его «поверхности», исходящими от
мириадов источников (ускоренно движущихся заряженных
частиц, звезд, квазаров, галактик). В каждую точку физического
вакуума со всех сторон постоянно поступает неимоверное

5. 5
количество этих возмущений с различными длинами волн
(частотой), амплитудой (числом) и поляризацией (спином). Но в
силу принципа суперпозиции (бозонной статистики, по сути
означающей, что в одной и той же точке вакуума может
присутствовать бесчисленное множество различных фотонов),
вся совокупность электромагнитных возмущений физического
вакуума практически компенсирует друг друга. Остается лишь
незначительный фон (т. н. реликтовое излучение), находящийся
значительно ниже уровня чувствительности человеческого глаза,
но весьма существенный для микромира элементарных частиц.
Распространение электромагнитных возмущений в широчайшем
диапазоне длин волн 105
–10–10
см, происходит на фоне
практически классической пустоты, искаженной малыми для
таких масштабов вакуумными колебаниями.
2.При рассмотрении объемов с характерными размерами
порядка 10–11
…10–13
см физики сталкиваются с так называемыми
«электрослабыми» вакуумными флуктуациями. В этих
масштабах наиболее существенную роль играют
промежуточные W±
и Z0
бозоны, обладающие как
электромагнитными свойствами (в частности, подчиняются
статистике Бозе – Эйнштейна), так и свойствами частиц,
обладающих массой. Иными словами, в масштабах объемов 10–
11
…10–13
см сказываются еще электромагнитные свойства
вакуумных возмущений, но уже проявляются новые свойства,
проявляющиеся в том, что в отличие от фотонов
промежуточные бозоны обладают массой и малым временем

6. 6
жизни. Данный слой физического вакуума называют слабым
вакуумом. Вообще говоря, свойства этого слоя носят
промежуточный характер и могут быть детально осмыслены
лишь при отдельном изучении электромагнитных излучений и
кварк-глюонного конденсата, о котором речь пойдет ниже.
3.Третий тип флуктуаций физического вакуума наиболее
ярко проявлен в объемах с характерными размерами порядка 10–
14
…10–16
см. В таких объемах электромагнитные свойства
вакуума еле ощутимы, здесь на смену векторных полей приходит
куда более сложная картина бытия, населенная спонтанно
рождающимися и исчезающими кварками и антикварками,
обменивающимися «цветными» глюонами. Насчитывается
шесть (а если вместе с лептонами – восемь) разновидностей
кварков, разделенных на три «поколения». Кварки – это
вакуумные образования-фермионы, которые не терпят
присутствие других подобных им образований в одной и той же
точке пространства-времени. Они обладают не только
дробными электрическими зарядами, но и характерными только
им свойствами, которые названы «цветом». Три типа
положительных зарядов назвали «красным», «синим» и
«зеленым», а три типа отрицательных зарядов –
«антикрасным», «антисиним» и «антизеленым». Кварки и
антикварки склеены между собой «цветными» глюонами, т. е.
глюонным полем. Каждый глюон имеет одновременно один из
«положительных» и один из «отрицательных» цветных зарядов,
например «красный-антисиний». Все это повсеместное

7. 7
наисложнейшим образом флуктуирующее многообразие в
масштабах объемов 10–14
…10–16
см физики назвали кварк-
глюонным «конденсатом» (КГК) физического вакуума.
4.Четвертый известный физикам тип вакуумных
флуктуаций связан с еще меньшими объемами пространства-
времени с характерными масштабами порядка 10–18
…10–21
см.
Это так называемый хигговский конденсат (по имени П. Хиггса,
впервые предложившего ввести в теорию спонтанное нарушение
вакуумной симметрии). Предполагается, что хигговский
конденсат (ХК) состоит из большого количества мельчайших
вакуумных образований – т. н. «технокварков» и «техноглюонов»
(голдстоуновских бозонов) с радиусом конфаймента (заключения)
менее 10–17
…10–18
см. Описываются эти образования уже не
векторными и тензорным, а спинорными полями.
Квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом
неопределённости, в физическом вакууме постоянно рождаются и
исчезают виртуальные частицы: происходят так называемые нулевые
колебания полей. При достижении критического уровня возбуждения
физический вакуум порождает элементарные частицы – электроны и
позитроны. Поэтому многих исследователей интересует способность
вакуума генерировать электроэнергию. Также в некоторых
конкретных теориях поля вакуум может обладать нетривиальными
топологическими свойствами. Некоторые из этих предсказаний
теории поля уже были успешно подтверждены экспериментом. Так,
две отполированные металлические пластины в вакууме

8. 8
«склеиваются» (это явление получило название эффект Казимира).
Любой объект, помещенный в вакуум, обменивается энергией с
кипящим бульоном виртуальных частиц. Например, в результате
поляризации вакуумных
флуктуаций энергетические уровни
2s и 2p атома водорода смещаются
на 1058,91 МГц. Это явление
получило название лэмбовского
сдвига.
На некоторых других представлениях о вакууме базируются
современные физические теории. Например, существование
нескольких вакуумных состояний (так называемых ложных вакуумов)
является одной из главных основ инфляционной теории Большого
взрыва. Но, пожалуй, самым наглядным из явлений, которые нельзя
объяснить, не используя идею о нулевых колебаниях вакуума, это
спонтанное излучение. Самые обыкновенные излучающие спонтанно
лампы накаливания не светились бы, если бы вакуум был абсолютной
пустотой. Дело в том, что любой объект (а, значит, и возбужденный
атом), помещенный в абсолютно пустое пространство, представляет
собой замкнутую систему. А поскольку такая система стабильна во
времени, то никакого излучения не происходило бы. Уже из этого
простого рассуждения понятно, что объяснение спонтанного
излучения требует привлечения более сложной теории вакуума, чем
классическая абсолютная пустота.

9. 9
Энергоёмкость вакуума
Ныне физики единодушны в том, что вакуум имеет
многослойную иерархическую структуру и насыщен энергией. По
расчетам Нобелевских лауреатов Р.Фейнмана и Дж. Уиллера нижняя
граница только электромагнитного слоя вакуума составляет порядка
1018 – 1090 Дж/см3. Кроме того, существуют бозонный, кварк-
глюонный, хигговский и, возможно, другие вакуумные конденсаты.
По расчетам физиков, только 2-3% этой энергии израсходовано на
создание видимого мира (галактик, звезд и планет), а остальная
энергия находится в физическом вакууме. Многие не перестают

10. 10
интересоваться экспериментами Н.Тесла, вызывавшего странные
атмосферные явления посредствам сильных электромагнитных полей.
В области сильных электромагнитных полей работали П.Л.Капица,
который еще в лаборатории Э. Резерфорда создал импульсный
генератор сверхмощного магнитного поля, и А.Д.Сахаров, работы
которого были связаны с возможностью управления термоядерными
реакциями.
Мнение первое:
энергию физического вакуума использовать
невозможно
Правомерен вопрос: «Если вакуум – это чрезвычайно
энергетически насыщенная среда, то почему мы это не ощущаем и не
умеем этим пользоваться?» Дело в том, что человек научился
использовать только резкие энергетические перепады, например:
разницу высот воды, разницу давления газа, разницу температур,
разницу в цвете или освещенности и т. д. Резкие изменения свойств
любого параметра среды так или иначе связаны с высоким уровнем ее
потенциальности. Именно такие высокопотенциальные перепады
люди научились преобразовывать в необходимые виды энергии.
Потому ученые всякий раз радуются, когда удается выявить в
Природе высокоградиентную резонансную кривую какого-либо
параметра. В вакууме потенциальные перепады относительно низки,
т. е. во всех его локальных областях содержится бесконечное, но в
среднем практически одинаковое количество энергии. Вместе с тем

11. 11
вакуум обладает чрезвычайно высокой степенью симметрии, в том
отношении, что, какие бы сущности не «рождались» из вакуума, они
всегда появляются в виде взаимно противоположной пары: частицы –
античастицы, волны – антиволны, поля – антиполя и т. д.
Низкая потенциальность и высокая степень симметрии вакуума
и создают для нас иллюзию его отсутствия. Поэтому в
постньютоновской физике вакуум воспринимался просто как пустое
пространство, арена, на фоне которой разыгрываются шекспировские
трагедии звездного и планетарного масштаба. Достижению реальных
результатов в плане практического использования энергии
физического вакуума мешает отсутствие понимания его природы.
Загадка природы физического вакуума остается одной из серьезных
нерешенных проблем фундаментальной физики.
До сих пор современная механика и квантовая физика полагают,
что на фоне пустого пространства существуют физические тела,
которые взаимодействуют между собой посредствам силовых полей,
и эти тела и поля практически не взаимодействуют с окружающим их
пространством. По сути, на этой же позиции стоит и «Стандартная
модель» – наиболее разработанный, на сегодняшний день, результат
физической мысли, объединяющий на единых квантовых постулатах
электромагнетизм, слабые и ядерные взаимодействия и описывающий
множество экспериментальных данных. В рамках «Стандартной
модели» влияние различных вакуумных конденсатов на процессы с
участием фундаментальных частиц учитываются в виде поправок в
теории возмущений. Диссонансом в этой ныне классической
«идиллии» звучит общая теория относительности Эйнштейна,

12. 12
которая связывает гравитацию не с силовыми полями, а с
искривлением пространственно-временного континуума вокруг
массивных космических тел. Все попытки придать ей квантово-
полевой характер не увенчались успехом. Отчаянную попытку
объединить электромагнитные, слабые, сильные и гравитационные
взаимодействия в рамках единой, всеобъемлющей теории
предприняли создатели многомерной теории суперструн. Но на
сегодняшний день все направления западной суперструнной
программы страдают отсутствием руководящей физической идеи,
способной ограничить несметное количество возможных моделей в
этой теории. Кроме того, проверка предсказаний суперструнных
теорий требует огромных капиталовложений. Большой адронный
коллайдер, возведенный ЦЕРН под Женевой, является
международным проектом с миллиардным годовым бюджетом.
Мнение второе:

13. 13
энергию физического вакуума можно и
нужно использовать
Физика стоит на пороге перехода от концептуальных
представлений о физическом вакууме к теории физического вакуума.
Проблема состоит в том, чтобы, оставляя физический вакуум в
статусе физической сущности, не подходить к его изучению с
механистических позиций. Создание непротиворечивой теории
физического вакуума потребует прорывных идей, далеко выходящих
за рамки традиционных подходов.
1.Нелинейная электродинамика, занимающаяся изучением
сильных электромагнитных полей, непосредственно
соприкасается с вакуумной проблематикой. Оказалось, что при
напряженности электрического поля порядка Екр ~ 1016 В/м
(критическое поле Швингера) наступает разрыв вакуума. Ситуация
походит на электрический пробой диэлектрика. В таких
перенапряженных областях вакуум приобретает уникальные
свойства, совсем непохожие на окружающее нас пространство.
Возможность разрыва вакуума предсказывается и в рамках теории
суперструн, где подобные эффекты получили название «флоп-
перестройки» пространства-времени.
2.Другим направлением физики вакуума является развитие
торсионных технологий, связанных с генерацией вращательного
состояния локальных областей вакуума. Некоторые представители
Российской академии наук выступают с резкой критикой данного
направления исследований, связывая его с негативным психотропным

14. 14
воздействием торсионных полей на человека. Другая же большая
часть физиков считает, что в настоящий момент проявления
торсионных полей настолько малы, что их можно не учитывать. Тем
не менее, существует ряд реально действующих торсионных
генераторов, которые демонстрируют уникальные свойства
излучаемых ими торсионных полей. Эти поля обладают удивительной
проникающей способностью и далеко не тривиальными
возможностями воздействовать на различные жидкие и твердые
материалы.
3.Третье направление получило название «свободная энергия».
В рамках данного нетрадиционного физического направления многие
«кустарные» физики предлагают различные агрегаты,
демонстрирующие уникальные способности. Одним из ярких
представителей такого класса устройств является машина
швейцарского изобретателя Пауля Баумана, которая не только
находится в
постоянном
вращательном
состоянии, но и
способна выдавать
электрическую
энергию. Работу
всех подобных
установок с «КПД выше единицы» невозможно объяснить без
привлечения идей, связанных с извлечением «свободной» энергии из
вакуума.

15. 15
4.Ряд «нетрадиционных» экспериментов с инерциоидами
показывает, что от вакуума, как и от любой другой среды, можно
отталкиваться, подобно тому, как лодка с помощью весел
отталкивается от воды. Это означает, что существует возможность
создания эффекта реактивного движения без отбрасывания продуктов
горения ракетного топлива.
За такими инерционными
эффектами кроется
колоссальный прорыв в
космонавтике и в создании
4D-транспорта нового
поколения.
5.Изучение глубинной структуры вакуума показывает, что
локальные участки вакуума можно «разрывать», «замораживать»,
«испарять», «разгонять», «затормаживать» и проделывать множество
других операций, подобных действиям с обычными материальными
средами, но с совершенно нетривиальными последствиями.
5.Физика вакуума открывает грандиозные возможности по
уплотнению каналов связи и увеличению способов передачи
информации. Она указывает на возможности альтернативных
способов перемещения в пространстве посредствам управления его
топологией и использования направленных вакуумных течений.
Но физика вакуума обозначает и опасные границы, при которых
возбужденное состояние вакуума может привести к неустойчивому
состоянию «пустоты» с колоссальными катастрофическими

16. 16
последствиями.
В околонаучной среде обсуждается легенда о существовании
секретной международной конвенции на запрет экспериментов по
каталитическому распаду вакуума. Правда это или вымысел, нам
доподлинно неизвестно. Но специалистам в области физики вакуума
совершенно очевидно, что за исследованиями в этой области стоят
энергии космического масштаба. Со времен царя Соломона известно,
что «знание порождает скорбь», этим знаменита и физика вакуума, за
которой кроются как радости созидания, так и ужасы разрушения.
Заключение
Технический прогресс остановить невозможно. Та держава,
которая направит свои ресурсы на развитие вакуумных технологий,
неизбежно займет лидирующее положение в мире. Вместе с тем, мы
обязаны предоставить возможность заглянуть дальше нас тем, кто
следует за нами.
Литература:
• Волков Ю. В. Нелинейная электродинамика. – М. – Спутник. –
2007.
• Грин Б. Элегантная Вселенная. – М. – УРСС. – 2004.
• Шипов Г. И. Теория физического вакуума. – М. – Наука. – 1997.
• Гаухман М.Х. Желтая Алсигна (Пустота). – М.: ЛКИ, 2007.
• Косинов Н.В., Гарбарук В.И. Энергетический феномен вакуума.

17. 17
• Косинов Н.В., Гарбарук В.И., Поляков Д.В. Энергетический
феномен вакуума -2.
• Зельдович Я.Б. Возможно ли образование Вселенной "из
ничего"? – Природа. – 1988. – №4. – С.16 – 27.
• Косинов Н.В., Гарбарук В.И. Единый генетический код строения
вещества во Вселенной. Эниология. – №1(9). – 2003. – С. 4.
• Косинов Н.В. Происхождение протона. Физический вакуум и
природа. – №3. – 2000. – С. 98 – 110.

18. 18