Кварки, протоны, Вселенная

в которой речь идет о пустоте — обыкновенной пустоте, на поверку, впрочем, оказывающейся совсем не обыкновенной и даже не пустотой, а также о попытках ученых создать вещество из одного пустого пространства и, наконец, о мирах с различной пустотой-вакуумом

Теперь, после того как мы познакомились с кунсткамерой элементарных частиц, обратимся к арене, на которой движутся и взаимодействуют эти частицы,— к пустоте. Казалось бы, о чем тут говорить. Ведь пустота — это когда ничего нет. Но мы уже говорили, что это не так. Пустота — сегодня один из основных объектов физики. Именно она определяет основные свойства нашего мира.

Идея абсолютно пустого пространства — вакуума — возникла несколько тысячелетий назад, как только человек попытался осознать, из чего состоит и откуда произошел окружающий его мир. Следы этой идеи можно найти в самых древних сказаниях и мифах. Кажется, это самое простое, не требующее никаких пояснений понятие — синоним полного «ничто». Что может быть проще? Однако квантовая физика убеждает нас в том, что вакуум — сложнейший объект, можно даже сказать, целый мир. Может быть, это самое сложное из всего, с чем до сих пор приходилось иметь дело науке: некая особая материальная среда, один из видов материи. В каком же смысле можно тогда говорить о пустоте, да и существует ли она в природе? Строго говоря, пустоты нет, а говорить о ней можно в любом смысле, кроме космологического и физического. Например, в житейском. Пустая комната, пустой человек...

Когда мы представляем себе вакуум в виде полной пустоты, вопрос о том, могут ли существовать различные вакуумы, просто не возникает — пустота может быть одна. Все прочее — просто не пустота. Другое дело, если вакуум материален, веществен. Тогда не исключено, что существуют миры с различным вакуумом, и, может быть, наш мир — только один из них. Ведь если все в природе изменяется, пребывает в различных формах, то почему вакуум должен быть исключением?

В действительности проблема вакуума еще сложнее. Некоторые ученые считают, что все материальное содержание мира представляет собой проявление различных свойств пустого, но сложным образом искривленного, скрученного пространства — вакуума.

Итак, с одной стороны, вакуум—это сложная материальная вещественная структура, а с другой, наоборот, оказывается, что само вещество — «искривленная пустота». Так что же такое в конце концов вакуум?

Понятие пустоты — не только объект физической науки, но и один из основных элементов наших представлений о мире в целом. Любая попытка понять его устройство, построить хотя бы приближенную его модель так или иначе связана с этим понятием. На протяжении многих веков оно неоднократно изменялось, отражая сдвиги в мифологическом, религиозном и научном мировоззрениях.

Различные физические и философские школы по-разному относились к понятию пустоты. Знаменитый древнегреческий мыслитель Фалес Милетский, который первым попытался разложить мир на исходные, первичные стихии — элементы, был убежден, что абсолютной пустоты в мире быть не может: любая, даже самая малая его часть заполнена водой, воздухом или еще какой-либо стихией. Демокрит же, напротив, считал пустоту истинной первоосновой мира, на фоне которой как раз и проявляется вся сложность наблюдаемых нами вещей и явлений. Только пустота, учил он, позволяет телам двигаться в пространстве. Если бы все вокруг было чем-то заполнено, то как и куда бы они перемещались? Сжатие тоже требует пустоты.

Пустоты нет, возражал ему Платон. Тела движутся, замещая собой заполняющую все пространство среду. Это подобно вращению колеса: одна его часть замещает другую, и нигде нет разрывов...

Конечно, это были лишь догадки, умозрительные заключения. Возможность практического изучения пустоты появилась много веков спустя. Но шли годы, развивалась техника, и опыт постепенно убеждал людей в том, что, используя все более и более усовершенствованные приспособления, можно насколько угодно близко подойти к «полной пустоте». Представление о вакууме как о пространстве, из которого «вычерпано» все его материальное содержание, стало казаться самоочевидным, и проблема пустоты на некоторое время перестала волновать умы ученых. Ни у кого не возникало сомнений, что этот вопрос решен окончательно и бесповоротно.

Однако на фундаментальные вопросы, касающиеся свойств и структуры мира, раз и навсегда данного, окончательного ответа не существует. Любой ответ оказывается приближенным и рано или поздно требует дальнейшего уточнения. Более того, представления, казавшиеся ранее взаимоисключающими, на новом, более глубоком уровне знаний часто оказываются тесно связанными, даже выражаются одно через другое. Так случилось и с понятием пустоты. Вопрос о смысле этого понятия превратился в одну из основных физических проблем после того, как были открыты волновые свойства света, и буквально приковал к себе внимание ученых.