Mis on füüsiline vaakum. Korablev Deniss Jurjevitš
Kvantväljateoorias nimetatakse kvantväljade madalaimat energiaseisundit, mida iseloomustab reaalsete osakeste puudumine. füüsiline vaakum. Kõik füüsikalise vaakumi kvantarvud on võrdsed nulliga. Kui reaalsed osakesed interakteeruvad vaakumiga, sünnivad virtuaalsed protsessid. Spontaanse sümmeetria purunemise korral muutub vaakumseisund degenereeruvaks.
Vaakumit saab visualiseerida. See on ruumi piirkond, millest on eemaldatud kõik tegelikud väljaosakesed ja lained. See on idealiseeritud vaakum. Absoluutse vaakumi saavutamine on peaaegu võimatu. Isegi avakosmoses on haruldast gaasi, kosmilist mikrolaine taustkiirgust jne.
Kvantvälja teooria näitas, et füüsiline vaakum ei ole tühi elutu ruum, kus pole ainet. Kvantfüüsika järgi võivad kvantefektid peatada energia jäävuse seaduse väga lühikeseks ajaks. Selle nähtuse põhjuseks on Heisenbergi määramatuse printsiip. Selle aja jooksul võib energia olla laenatud erinevatel eesmärkidel, sealhulgas osakeste tekitamiseks. Kõik sel juhul tekkivad osakesed on lühiajalised, sest neile kulutatud energia tuleb tühise sekundi murdosa pärast tagasi saada. Osakesed võivad aga ilmuda õhust, enne kui need uuesti kaduvad, eksisteerivad põgusalt. Ruumis on alati põgusate osakeste sülem, mille esinemist "subsideerib" Heisenbergi määramatuse seos.
Need osakesed on kummitused ei saa jälgida, kuigi nad võivad jätta oma lühiajalisest olemasolust jäljed. Nad on teatud tüüpi virtuaalne» osakesed, mis sarnanevad tõeliste interaktsioonide kandjatega, kuid ei ole mõeldud signaalide vastuvõtmiseks ega edastamiseks. Olles tühjusest välja tulnud, naasevad nad selle juurde uuesti. Seetõttu kubiseb tühi ruum tegelikult virtuaalsetest osakestest. Vaakum ei ole "elutu", vaid energiat täis.
Kosmoses liikuv elektron on ümbritsetud kummitusosakestest: leptonitest, kvarkidest ja muudest interaktsiooni kandjatest. Oma kohalolekuga nad mõjutavad elektron. Ka puhkeseisundis elektron ei tunne puhkust: teda ründavad pidevalt igast küljest teised vaakumist väljuvad osakesed. Vaakumist sünnivad virtuaalsed osakesed paarikaupa nagu elektron-positroni paar, mis peagi uuesti "sulavad". footon. Seetõttu ei ole elektroni ümbritsev ruum tegelikult tühi, vaid on täidetud kõikvõimalike virtuaalsete osakestega, sealhulgas virtuaalsete elektronide ja virtuaalsete positronitega. Füüsilisse vaakumisse paigutatud elektron “õpib” virtuaalsete osakeste olemasolust, sest nad mõjutavad teda. Virtuaalsed positronid meelitatakse elektroni ja virtuaalsed elektronid tõrjutakse. Seega tekib vaakumi polariseerumine, mida pole keeruline eksperimentaalselt mõõta.
Vaakumi polarisatsioon põhjustab elektroni ümber omamoodi ekraani. Varjestuse tõttu tundub elektroni efektiivne laeng kaugelt väiksem kui tegelik laeng. Kui sisestaksime sondi pilve, leiaksime selle paljas elektron omab rohkem laengut kui varjestatud elektronil.
Kvantelektrodünaamika (QED) ennustas, et vesinikuaatomi energiatase peaks olema pisut ümberasustatud võrreldes positsiooniga, mille see hõivaks, kui virtuaalseid osakesi ei eksisteeriks. Teooria ennustas selle ulatust väga täpselt tasaarvestused. Katse avastamiseks nihked, läbi viidud Willis Lamb Arizona osariigi ülikoolist. Katsed näitasid teoreetiliste arvutuste õigsust. Lisaks leidis QED muudatuse elektronide magnetmoment. Arvutatud korrektsiooni avastamiseks täiustasid katsetajad esmalt seadet, suurendades täpsust enam kui üheksa kümnendkoha võrra, ja seejärel avastasid nad QED abil katseliselt näidatud elektroni magnetmomendi korrektsiooni.
Küsimused enesekontrolliks
1. Kuidas nimetatakse teoorias madalaima kvantenergia oleku välja?
2. Millega on kõik kvantarvud võrdsed füüsikalises vaakumis?
3. Kas kummitusosakeste tekitamiseks on võimalik laenata energiat vaakumist?
4. Kust tulevad kummitusosakesed ehk virtuaalosakesed?
5. Kuidas on tõestatud virtuaalsete osakeste olemasolu?
6. Milliste osakeste esinemist toetab Heisenbergi määramatuse seos?
7. Kuidas on tõestatud, et vaakum pole “elutu”, vaid energiat täis?
8. Miks puhkeolekus olev elektron ei ole puhkeolekus?
9. Kuidas sünnivad virtuaalsed osakesed vaakumist: paarikaupa või üksikult?
10. Miks näib varjatud elektroni efektiivne laeng tegelikust väiksem, s.t. "alasti"?
11. Kuidas nimetatakse teadust, mis ennustas vesinikuaatomi energiataseme pisut nihkumist virtuaalsete osakeste juuresolekul?
12. Kes mõõtis eksperimentaalselt vesinikuaatomi energiataseme nihet virtuaalsete osakeste juuresolekul?
13. Elektroni magnetmomendi korrektsiooni katseliseks tuvastamiseks suurendasid katsetajad seadme täpsust millise kümnendkohani?
Ja tehnoloogia all mõeldakse keskkonda, milles gaas sisaldub atmosfäärirõhust madalama rõhu all. Mis on haruldased gaasid, millal need esmakordselt avastati?
Ajaloo leheküljed
Tühjuse idee on olnud vaidluste teemaks juba mitu sajandit. Vana-Kreeka ja Rooma filosoofid püüdsid analüüsida haruldasi gaase. Demokritos, Lucretius ja nende õpilased uskusid: kui aatomite vahel poleks vaba ruumi, oleks nende liikumine võimatu.
Aristoteles ja tema järgijad lükkasid selle kontseptsiooni ümber, nende arvates ei tohiks looduses olla "tühjust". Keskajal Euroopas sai "tühjuse hirmu" idee prioriteediks ja seda kasutati usulistel eesmärkidel.
Vana-Kreeka mehaanika põhines tehniliste seadmete loomisel Näiteks Aristotelese ajal tekkisid veepumbad, mis toimisid kolvi kohale vaakumi tekitamisega.
Gaasi, õhu, haruldane olek sai aluseks kolb-vaakumpumpade valmistamisel, mida tänapäeval tehnoloogias laialdaselt kasutatakse.
Nende prototüübiks oli Aleksandria Heroni kuulus kolbsüstal, mille ta lõi mäda välja tõmbamiseks.
Seitsmeteistkümnenda sajandi keskel töötati välja esimene vaakumkamber ja kuus aastat hiljem suutis saksa teadlane Otto von Guerick leiutada esimese vaakumpumba.
See kolbsilinder pumbas kergesti suletud anumast õhu välja ja tekitas seal vaakumi. See võimaldas uurida uue oleku põhiomadusi ja analüüsida selle tööomadusi.
Tehniline vaakum
Praktikas nimetatakse gaasi ja õhu haruldast olekut tehniliseks vaakumiks. Suurtes kogustes on sellist ideaalset olekut võimatu saavutada, kuna teatud temperatuuril on materjalide küllastunud auru tihedus nullist erinev.
Ideaalse vaakumi saavutamise võimatuse põhjuseks on ka gaasiliste ainete ülekandumine anumate klaasist ja metallist seinte kaudu.
Väikestes kogustes on täiesti võimalik saada haruldasi gaase. Haruldamise mõõduna kasutatakse juhuslikult põrkuvate gaasimolekulide takistusteta tee pikkust ja kasutatud anuma lineaarset suurust.
Kõrgvaakumpumba ja atmosfääriõhu vahele asetatakse forevakumsete sete, mis loob esialgse vaakumi. Järgneva rõhu languse korral kambris täheldatakse gaasilise aine osakeste tee pikkuse pikenemist.
Rõhutasemetel 10–9 Pa tekib ülikõrge vaakum. Just neid haruldasi gaase kasutatakse skaneerimisega katsete läbiviimiseks
Mõne kristalli poorides on sellist olekut võimalik saavutada isegi atmosfäärirõhul, kuna pooride läbimõõt on palju väiksem kui osakeste vaba tee pikkus.
Vaakumipõhised seadmed
Gaasi haruldast olekut kasutatakse aktiivselt seadmetes, mida nimetatakse vaakumpumpadeks. Gettereid kasutatakse gaaside neelamiseks ja teatud vaakumitaseme saavutamiseks. Vaakumtehnoloogia hõlmab ka arvukalt seadmeid, mis on vajalikud selle seisundi juhtimiseks ja mõõtmiseks, samuti objektide juhtimiseks ja erinevate tehnoloogiliste protsesside läbiviimiseks. Kõige keerulisemad tehnilised seadmed, mis kasutavad haruldasi gaase, on kõrgvaakumpumbad. Näiteks difusiooniseadmed töötavad jääkgaaside molekulide liikumisel töögaasi voolu mõjul. Isegi täiusliku vaakumi korral on lõpptemperatuuri saavutamisel tühine soojuskiirgus. See seletab haruldaste gaaside põhiomadusi, näiteks termilise tasakaalu tekkimist pärast teatud ajavahemikku keha ja vaakumkambri seinte vahel.
Haruldane üheaatomiline gaas on suurepärane soojusisolaator. Selles toimub soojusenergia ülekanne ainult kiirgusega, soojusjuhtivust ja konvektsiooni ei täheldata. Seda omadust kasutatakse (termoosides), mis koosneb kahest mahutist, mille vahel on vaakum.
Vaakum on leidnud laialdast rakendust ka raadiolampides, näiteks piltlampide magnetronides ja mikrolaineahjudes.
Füüsiline vaakum
Kvantfüüsikas tähendab see olek kvantvälja maapealset (madalaima) energia olekut, mida iseloomustavad nullväärtused
Selles olekus ei ole monoatomiline gaas täiesti tühi. Kvantteooria järgi tekivad ja kaovad virtuaalsed osakesed süstemaatiliselt füüsilises vaakumis, mis põhjustab nullvälja kõikumisi.
Teoreetiliselt võib korraga eksisteerida mitu erinevat vaakumit, mis erinevad üksteisest nii energiatiheduse kui ka muude füüsikaliste omaduste poolest. See idee sai suure paugu inflatsiooniteooria aluseks.
Vale vaakum
See viitab kvantteoorias välja olekule, mis ei ole minimaalne energia olek. See on teatud aja jooksul stabiilne. Kui põhiliste füüsikaliste suuruste nõutavad väärtused on saavutatud, on võimalik vale olek "tunnelida" tõeliseks vaakumiks.
Kosmos
Haruldase gaasi tähenduse üle arutledes tuleb peatuda mõistel "kosmiline vaakum". Seda võib pidada füüsilise vaakumi lähedaseks, kuid see eksisteerib tähtedevahelises ruumis. Planeetidel, nende looduslikel satelliitidel ja paljudel tähtedel on teatud gravitatsioonijõud, mis hoiavad nende atmosfääri teatud kaugusel. Kui liigute täheobjekti pinnast eemale, muutub haruldaste gaaside tihedus.
Näiteks on olemas Karmani joon, mida peetakse planeedi piiri väliskosmosega ühiseks määratluseks. Selle taga väheneb isotroopse gaasi rõhk võrreldes päikesekiirguse ja päikesetuule dünaamilise rõhuga järsult, mistõttu on haruldase gaasi rõhku raske tõlgendada.
Kosmoses on palju footoneid ja reliktseid neutriinosid, mida on raske tuvastada.
Mõõtmisfunktsioonid
Vaakumi aste määratakse tavaliselt süsteemi jäänud aine koguse järgi. Selle oleku mõõtmise põhitunnus on absoluutrõhk, lisaks võetakse arvesse gaasi keemilist koostist ja temperatuuri.
Vaakumi oluline parameeter on süsteemi jäävate gaaside keskmine teepikkus. Vaakum on jaotatud teatud vahemikeks vastavalt mõõtmiste läbiviimiseks vajalikule tehnoloogiale: vale, tehniline, füüsiline.
Vaakummoodustamine
See on toodete tootmine kaasaegsetest termoplastilistest materjalidest kuumal kujul, kasutades madalat õhurõhku või vaakumit.
Vaakumvormimist peetakse joonistusmeetodiks, mille tulemusena maatriksi kohal asuv plastleht kuumutatakse teatud temperatuurini. Järgmisena kordab leht maatriksi kuju, seda seletatakse vaakumi tekkimisega selle ja plasti vahel.
Elektrovaakumseadmed
Need on seadmed, mis on loodud elektromagnetilise energia loomiseks, võimendamiseks ja muundamiseks. Sellises seadmes eemaldatakse tööruumist õhk ja selle kaitseks keskkonna eest kasutatakse läbitungimatut kesta. Sellised seadmed on näiteks elektroonilised vaakumseadmed, kus elektronid eralduvad vaakumis. Elektrilisteks vaakumseadmeteks võib pidada ka hõõglampe.
Gaasid madalal rõhul
Gaasi nimetatakse haruldaseks, kui selle tihedus on ebaoluline ja molekulide teepikkus on võrreldav anuma suurusega, milles gaas asub. Sellises olekus täheldatakse elektronide arvu vähenemist võrdeliselt gaasi tihedusega.
Väga haruldase gaasi puhul sisemist hõõrdumist praktiliselt ei esine. Selle asemel ilmneb liikuva gaasi väline hõõrdumine vastu seinu, mis on seletatav molekulide impulsi suuruse muutumisega anumaga kokkupõrkel. Sellises olukorras on osakeste liikumise kiiruse ja gaasi tiheduse vahel otsene seos.
Madala vaakumi korral täheldatakse täismahus gaasiosakeste sagedasi kokkupõrkeid, millega kaasneb stabiilne soojusenergia vahetus. See seletab ülekande nähtust (difusioon, soojusjuhtivus) ja seda kasutatakse aktiivselt kaasaegses tehnoloogias.
Haruldaste gaaside saamine
Vaakuminstrumentide teaduslik uurimine ja arendamine algas XVII sajandi keskel. 1643. aastal õnnestus itaallasel Torricellil määrata atmosfäärirõhu väärtus ja pärast O. Guericke'i spetsiaalse veetihendiga mehaanilise kolbpumba leiutamist avanes reaalne võimalus viia läbi arvukalt haruldasi gaasi omadusi käsitlevaid uuringuid. Samal ajal uuriti vaakumi mõju võimalusi elusolenditele. Elektrilahendusega vaakumtingimustes tehtud katsed aitasid kaasa negatiivse elektroni, röntgenkiirguse avastamisele.
Tänu vaakumi soojusisolatsioonivõimele sai võimalikuks selgitada soojusülekande meetodeid ja kasutada teoreetilist teavet kaasaegse krüogeense tehnoloogia arendamiseks.
Vaakumrakendus
1873. aastal leiutati esimene elektriline vaakumseade. See oli hõõglamp, mille lõi vene füüsik Lodygin. Sellest ajast alates laienes vaakumtehnoloogia praktiline kasutamine, ilmusid uued meetodid selle seisundi saamiseks ja uurimiseks.
Lühikese aja jooksul loodi erinevat tüüpi vaakumpumpasid:
- pöörlev;
- krüosorptsioon;
- molekulaarne;
- difusioon.
Kahekümnenda sajandi alguses suutis akadeemik Lebedev parandada vaakumtööstuse teaduslikke aluseid. Kuni eelmise sajandi keskpaigani ei tunnistanud teadlased võimalust saada rõhku alla 10-6 Pa.
Praegu on need valmistatud metallist, et vältida lekkeid. Vaakumkrüogeenseid pumpasid kasutatakse mitte ainult uurimislaborites, vaid ka erinevates tööstusharudes.
Näiteks pärast spetsiaalsete pumpamisvahendite väljatöötamist, mis ei saasta kasutatavat objekti, on tekkinud uued väljavaated vaakumtehnoloogia kasutamiseks. Keemias kasutatakse selliseid süsteeme aktiivselt segu komponentideks eraldamise omaduste kvalitatiivseks ja kvantitatiivseks analüüsiks ning erinevate protsesside esinemiskiiruse analüüsiks.
Teaduses ja tehnikas mõistetakse vaakumi all gaasi olekut, mille tihedus on väiksem kui tihedus, mis vastab õhu olekule maapinnal. Mida suurem on gaasi tiheduse vähenemine, seda parem on vaakum. Vaakumil on palju kasulikke omadusi, mida kasutatakse laialdaselt erinevates teaduse ja tehnoloogia valdkondades. Näiteks vaakumis väheneb metallide oksüdeerumisel järsult hapniku keemiline aktiivsus.
Ehk siis erinevaid kemikaale saab vaakumis säilitada ja nende spetsiifilisi omadusi ära kasutada. Väga kõrge haruldusastme korral püsivad pinnad puhtad (ilma vähemalt ühe gaasikihi adsorptsioonita) mitu tundi, mis võimaldab uurida nii selliseid pindu kui ka mitmesuguseid adsorbeerunud gaasimolekulidega seotud nähtusi. Jääkgaasi molekulide väike arv vaakumi tingimustes viib selleni, et erinevad osakesed võivad sellistes tingimustes läbida pikki vahemaid ilma kokkupõrgeteta.
See on eriti oluline laetud osakeste – elektronide, ioonide ja prootonite puhul, mille trajektoore vaakumis saab juhtida elektri- ja/või magnetvälja abil. Füüsikalised nähtused, nagu heli levik, soojus- ja massiülekanne, mis atmosfäärirõhul on määratud gaasimolekulide interaktsiooni protsessidega, muutuvad rõhu langusega oluliselt niivõrd, et selliste vastastikmõjude roll ülekandemehhanismis muutub teisejärguliseks.
Need mõjud sõltuvad ilmselt sellest vaakumi aste. Seega on jääkgaasi tihedus mahus otsene vaakumi mõõt. Boyle’i töödest oli aga teada, et gaasi tihedus on otseselt võrdeline rõhuga, mistõttu on välja kujunenud üldtunnustatud praktika vaakumi astme määramiseks jääkgaasi rõhu järgi.
Kaasaegne vaakumtehnoloogia võimaldab luua vaakumi, mida iseloomustab atmosfäärirõhust 1015 korda väiksem rõhk. Mugavuse huvides on kogu saavutatavate vaakumiväärtuste vahemik jagatud mitmeks alamvahemikuks. See jaotus on skemaatiliselt näidatud joonisel fig. 1.1, kus rõhku mõõdetakse paskalites. Sellel joonisel on näidatud ka vaakumi peamised rakendused sõltuvalt vaakumi astmest. Vaakumi kasutamist nt pressides ja tõstemehhanismides põhjustavad olulised jõud, mis tulenevad rõhkude erinevusest mõlemal pool kolvi, mitte aga vaakumi omapäradest.
Ülalmainitud vaakumomaduste kasutamine hõlmab sobiva vaakumitaseme tagamist, mis omakorda eeldab õigesti valitud vaakumsüsteemi seadmete kasutamist. Optimaalse jõudlusega vaakumsüsteemi kujundamiseks on vaja teada mitte ainult seadmete parameetreid, vaid ka kõiki tegureid, mis võivad neid mõjutada. Näiteks on täiesti ebapiisav teadmine, et pumba pumpamiskiirus on 10 -1 m 3 *s -1 ja võimaldab saavutada maksimaalse rõhu 10 -6 Pa.
Halvasti projekteeritud vaakumsüsteemides võivad seadmete parameetrid olla optimaalsetega võrreldes oluliselt halvemad (suurusjärgu võrra). Seetõttu on seadmete optimaalse jõudluse saavutamiseks vaja mõista vaakumtehnoloogia põhilisi tööpõhimõtteid. See on eriti oluline ülikõrge vaakumi puhul (alla 10 -6 Pa), kui vaakumkambri pindadele adsorbeerunud gaasimolekulide arv võib oluliselt ületada mahus olevate molekulide arvu. Selles peatükis vaadeldakse lühidalt vaakumtehnoloogiaga seotud põhiseadusi ja mõisteid. Lugeja saab üksikasjalikumat teavet3" P. Redheadi jt raamatust.
Meie jaoks on praegu füüsiline vaakum see, mis jääb ruumi alles siis, kui sealt eemaldatakse kogu õhk ja iga viimanegi elementaarosake. Tulemuseks ei ole mitte tühjus, vaid omamoodi mateeria – Universumi kõige eelkäija, kes sünnitab elementaarosakesi, millest siis moodustuvad aatomid ja molekulid.
A. E. Akimov (11, lk 24)
Kuna vaakumi mõiste hõlmab kõike läbistavat keskkonda, mis paikneb osakeste vahel, siis vaakum hõivab kogu osakestevahelise ruumi; seetõttu võib seda keskkonda defineerida kui aine osakesteta vormi, mille tihedus muutub vastavalt vaakumile mõjuvatele jõududele. Vaakumi tihedus on meile tuttava aine tihedusega võrreldes väga väikese väärtusega: näiteks gaasimolekulide vahel paikneva vaakumi tihedus ühe atmosfääri rõhul on 10 -15 g/cm 3 ja destilleeritud vee tihedus samadel tingimustel on 1 g /cm 3 (20, lk 60).
Mis tahes massile omane gravitatsioon on omane ka vaakummassile. Selle postulaadi alusel määrab keha ja vaakumi mis tahes osa vastasmõju jõu universaalse gravitatsiooni seadusega. See tähendab, et kehad tõmbavad enda poole vaakumit, nii nagu Maa tõmbab enda poole kehasid. Seega, kui mis tahes keha liigub, liigub seda ümbritsev vaakum koos sellega. Loomulikult tekib see takistus ainult siis, kui sellele vaakumile ei mõju suur jõud (teiste kehade gravitatsioonimõjust), mis hoiab vaakumit selle takistuse eest. Vaakum ei kandu aga lihtsalt kaasas liikuva kehaga, vaid "etendab mis tahes liikumise tõelise kontrollija rolli. Kujundlikus esituses klammerdub vaakum nagu buldog suurema jõuga iga makroobjekti külge, seda massiivsem on selle ohver. Haaranud selle, ei lase ta enam lahti, olles kaasas kõikidel rännakutel läbi avakosmose. Füüsiliselt tähendab see, et vaakum ja selle poolt juhitav objekt kujutavad endast suletud süsteemi" (21, lk 27).
Fizeau ja Michelsoni ainulaadsed katsed näitasid, et looduses pole absoluutselt liikumatut vaakumit. Vaakum, millel on mass, haarab alati kaasa keha, mille gravitatsioonijõud on ülekaalus.Nendes katsetes on selliseks kehaks Maa, mis haarab kaasa Maa-lähedase vaakumi (Michelsoni katses) ja ei lase Maal liikuval kehal kaasa haarata kehaosakeste vahel paiknev vaakum (Fizeau katses) .
Kaasaegses tõlgenduses näib füüsiline vaakum olevat keeruline kvantdünaamiline objekt, mis avaldub kõikumiste kaudu. Füüsilist vaakumit käsitletakse kui materiaalset keskkonda, mis isotroopselt (ühtlaselt) täidab kogu ruumi (nii vaba ruumi kui aine), millel on häirimatus olekus jälgimatu kvantstruktuur (33. lk 4).
Füüsikalise vaakumi paremaks mõistmiseks peeti asjakohaseks käsitleda seda elektron-positroni Diraci mudelina selle veidi muudetud tõlgenduses.
Kujutagem ette füüsikalist vaakumit kui materiaalset keskkonda, mis koosneb elementidest, mis on moodustatud osakeste ja antiosakeste paaridest (Diraci järgi - elektron-positroni paar).
Kui osake ja antiosake asetada üksteise sisse, siis on selline süsteem tõeliselt elektriliselt neutraalne. Ja kuna mõlemal osakesel on spinn, peaks "osakeste-antiosakeste" süsteem esindama vastassuunaliste spinnidega üksteise sisse põimitud osakeste paari. Tõelise elektrilise neutraalsuse ja vastupidiste spinnide tõttu puudub sellisel süsteemil magnetmoment (33, lk 5). Osakeste ja antiosakeste süsteemi ülalnimetatud kujul, millel on näidatud omadused, nimetatakse fütoniks. Fütoonide tihe pakend moodustab keskkonna, mida nimetatakse füüsikaliseks vaakumiks. Siiski tuleb meeles pidada, et see mudel on väga lihtsustatult ja oleks naiivne näha konstrueeritud mudelis füüsikalise vaakumi tegelikku struktuuri (joon. 1, a, b).
Vaatleme kõige praktilisemaid füüsilise vaakumi häirimise juhtumeid erinevate välisallikate poolt (86. lk. 940).
1. Olgu häire allikaks laeng q (joon. 1, c). Laengu toime väljendub füüsilise vaakumi laengu polarisatsioonis ja see olek avaldub elektromagnetväljana (E-väli). Just sellele osutas varem oma töödes NSVL Teaduste Akadeemia akadeemik Ya. B. Zeldovitš.
2. Olgu häire allikaks mass m (joonis 1, d). Füüsikalise vaakumi häiringut massiga m väljendatakse fütoonide elementide sümmeetrilistes võnkumistes piki telge häiriva objekti keskpunktini, nagu on tavapäraselt kujutatud joonisel. Seda füüsilise vaakumi seisundit iseloomustatakse spin-pikisuunalise polarisatsioonina ja seda tõlgendatakse gravitatsiooniväljana (G-väli). Seda mõtet väljendas A. D. Sahharov (87, lk 70). Tema arvates ei ole gravitatsioon üldsegi eraldiseisev aktiivne jõud, vaid tekib vaakumi kvantkõikumise energia muutumise tulemusena, kui aine on olemas, nii nagu juhtus jõudude tekkega G katses. Casimir. A.D. Sahharov uskus, et aine olemasolu absoluutselt nullenergiaga osakeste meres põhjustab tasakaalustamata jõudude ilmnemist, mis liiguvad ainet, mida nimetatakse gravitatsiooniks (86, lk 940).
3. Olgu häire allikaks klassikaline spin (joon. 1, e). Fütoni keerutused, mis langevad kokku lähtespinni orientatsiooniga, säilitavad oma orientatsiooni. Fütoonide spinnid, mis on allika spinnile vastupidised, kogevad selle allika mõjul inversiooni. Selle tulemusena muutub füüsiline vaakum põiksuunalise spin-polarisatsiooni olekuks. Seda olekut tõlgendatakse spin-väljana (S-väli), st klassikalise spinni tekitatud väljana. Sellist välja nimetatakse ka väändeväljaks (31, lk 31).
Kooskõlas ülaltooduga võime eeldada, et üks meedium – füüsiline vaakum – võib olla erinevates polarisatsiooniolekutes, EQS olekutes. Veelgi enam, füüsikalist vaakumit faasiolekus, mis vastab elektromagnetväljale, peetakse tavaliselt ülivedelikuks. Spinni polarisatsiooni faasiseisundis käitub füüsiline vaakum nagu tahke keha.
Need kaalutlused ühendavad kaks üksteist välistavat seisukohta – 19. sajandi lõpu ja 20. sajandi alguse vaatenurk, mil eetrit peeti tahkeks aineks, ning kaasaegse füüsika idee füüsikalisest vaakumist kui ülivedelikust. vedel. Mõlemad seisukohad on õiged, kuid kumbki oma faasiseisundi jaoks (33, lk 13).
RIIS. 1 Füüsikalise vaakumi polarisatsiooniseisundite skeem
Kõik kolm välja: gravitatsiooniline, elektromagnetiline ja spin on universaalsed. Need väljad avalduvad nii mikro- kui ka makrotasandil. Siinkohal on paslik meenutada NSVL Teaduste Akadeemia akadeemiku Ya. I. Pomeranchuki sõnu; Kogu füüsika on vaakumi füüsika,” ehk EANi akadeemik G.I.Naan: „Vakuum on kõik, ja kõik on vaakum” (63, lk 14).
Füüsikalise vaakumi teooriaga tutvumise tulemusena saab selgeks, et kaasaegne loodus ei vaja "ühinemisi". Looduses on ainult füüsiline vaakum ja selle polarisatsiooniseisundid ning "ühinemised" peegeldavad ainult meie arusaamist valdkondade omavaheline seos (31, lk 32).
Füüsilise vaakumi kui energiaallika kohta tuleks märkida veel ühte äärmiselt olulist fakti.
Traditsiooniline seisukoht taandus väitele, et kuna füüsiline vaakum on minimaalse energiaga süsteem, ei saa sellisest süsteemist energiat ammutada. Samas ei arvestatud sellega, et füüsiline vaakum on intensiivsete kõikumistega dünaamiline süsteem, mis võib olla energiaallikaks. Pöörlevate (pöörlevate) objektide tõhusa interaktsiooni võimalus füüsilise vaakumiga võimaldab kaaluda torsioonenergiaallikate loomise võimalust uuest vaatenurgast.
J. Wheeleri järgi on füüsikalise vaakumi Plancki energiatihedus 10 95 g/cm 3, tuumaaine energiatihedus aga 10 14 g/cm 3. Teada on ka teisi hinnanguid vaakumi kõikumiste energia kohta, kuid kõik need on oluliselt suuremad kui J. Wheeleri hinnang (31, lk 34). Seetõttu võib teha järgmised paljutõotavad järeldused:
Vaakumi kõikumiste energia on väga kõrge võrreldes mis tahes muu energialiigiga;
Torsioonhäirete kaudu on võimalik vabastada vaakumi kõikumiste energia.
Vene teadlased usuvad, et varjatud aine ja varjatud energia on "peidetud" füüsilisse vaakumisse, mis võrdub peaaegu poolega universumi kujul realiseeritutest (113, lk 7).
Eeter
Eetri mõiste pärineb iidsetest aegadest - iidsel aaria ajastul viitas see aine erilisele olekule, mida nimetatakse "akashaks" (materiaalse looduse viies element). Nii valgustab “akasha” mõistet S. Vivekananda traktaat “Raja Yoga”: “See on miski, mis on kõikjal ja tungib kõigesse. Kõik, millel on vorm, kõik, mis on kombinatsioonide tulemus, kõik on sellest Akashast arenenud. Akasha on see, millest on saanud õhk, vedelikud ja tahked ained. Seda ennast ei saa märgata, kuna see on nii peen, et jääb väljaspool tavalisi tajusid ja on nähtav ainult siis, kui see muutub jämedaks ja võtab vormi. Loomise alguses eksisteerib ainult see Akaša; tsükli lõpus lagunevad tahked ained, vedelikud ja gaasid uuesti Akashaks.
Kaks ja pool tuhat aastat tagasi võtsid iidsed kreeklased selle kontseptsiooni üles ja arendasid seda nime all αιυηρ (eeter, taevas). 1618. aastal tegi prantsuse filosoof, füüsik ja matemaatik Rene Descartes ettepaneku käsitleda eetrit materiaalse valguse kandjana. Tema ideede kohaselt on valgus ideaalselt elastses keskkonnas (eetris) leviv kokkusurumine, mis täidab kogu ruumi. Sellest ajast alates on eetri idee kindlalt teaduslikku ringlusse jõudnud, eriti Newtoni, Fresneli, Maxwelli ja Lorentzi töödes. Eeterlik kontseptsioon saavutas oma kulminatsiooni 19. sajandil, kui Maxwell sai oma eetri mudeli põhjal elektrodünaamika põhivõrrandid.
20. sajandi alguseks. Eetri kohta on kaks vaadet: kas see kantakse kehade liikumisega kaasa või ei kanta ära (liikumatu). Mittekaasatud eetri kontseptsioonist järgnes inertsiaalsete süsteemide ebavõrdsus ja privilegeeritud (eetriga seotud) tugiraamistiku olemasolu, mida nimetatakse absoluutseks. Michelson (1881), Morley ja nende järgijad viisid läbi katseid, mille eesmärk oli paljastada selline tugiraamistik ja kiirus selle suhtes, ning need jätkusid kogu sajandi jooksul. Katsed andsid nulli tulemust: Maa liikumist eetri suhtes ei tuvastatud. Seda tõlgendati kui tõendit eetri puudumise kohta, hoolimata Lorentzi katsetest seletada nulltulemust kehade suuruse vähenemisega liikumisel. Nende katsete oodatav tulemus arvutati klassikalise mehaanika seaduste järgi, kuna teadusringkondadel ei olnud katse läbiviimise ajal teist aparaati (muud mehaanikad) katse hindamiseks. Siiski tuleb rõhutada, et valguse levimise korral eetris rakendatakse neid seadusi valesti. Klassikalise mehaanika põhijooneks on nõue, et vastastikmõjud leviksid silmapilkselt, s.t. selle mehaanika seadused kehtivad ainult siis, kui liikumiskiirus on valguse kiirusega võrreldes väike. Järelikult kõik Newtoni kiiruste liitmise valemis sisalduvad liikumiskiirused ( v + c), peavad samuti sellele tingimusele vastama. Michelson-Morley katse arvutamisel osutus see tingimus täidetuks ainult Maa kiiruse puhul ( v), teine liige on valguse kiirus ( c) – ilmselgelt ei vasta sellele tingimusele. Seega on Galileo-Newtoni mehaanika kasutamine ebaseaduslik, kuna see rikub selle kohaldatavuse piire. Kogemuse arvutamiseks on vaja teistsugust mehaanikat, mis erineb klassikalisest ja relativistlikust. Selle uue mehaanika aluseks on eetriga seotud absoluutse tugiraamistiku olemasolu ja sellest tulenev inertsiaalsüsteemide ebavõrdsus. Michelson-Morley eksperimentide ebaõige tõlgendamise tulemusena, mis kulmineerus erirelatiivsusteooria (STR) konstrueerimisega, vormistati teoreetiliselt eetri kontseptsiooni tagasilükkamine ja eetri asemel kvanti arenguga. väljateooria, ilmus termin "füüsikaline vaakum".
Füüsiline vaakum
Vaakum (ladina keeles vaakum) on tühjus, s.t. ruum ilma mateeria ja energiata. Füüsiline vaakum on ruum, mis ei sisalda reaalseid osakesi ja energiat, mida saab vahetult mõõta. Kaasaegsete füüsikaliste kontseptsioonide kohaselt on see kõigi kvantiseeritud väljade madalaim energiaseisund, mida iseloomustab reaalsete osakeste puudumine. Virtuaalsete protsesside võimalus füüsilises vaakumis toob kaasa mitmeid tegelike osakeste ja vaakumi vahelise koostoime mõju, mis registreeritakse eksperimentaalselt. Füüsiline vaakum esindab paljusid kõikvõimalikke virtuaalseid osakesi ja antiosakesi, mis väliste väljade puudumisel ei saa muutuda reaalseteks. Kaasaegsete kontseptsioonide järgi tekivad pidevalt ja kaovad vaakumis osakeste-antiosakeste paarid: elektron-positron, nukleon-antinukleon... Vaakum täitub selliste “mitte täielikult sündinud” osakestega, mis tekivad ja kaovad. Neid ei saa registreerida ja neid nimetatakse virtuaalseteks. Teatud asjaoludel muutuvad virtuaalsed osakesed aga reaalseks. Näiteks suure energiaga osakeste või tugevate väljade kokkupõrked sünnitavad vaakumist erinevaid osakesi ja antiosakesi. Need. vaakumit saab kujutada kui erilist, virtuaalset tüüpi keskkonda. Keskkonna virtuaalsus avaldub eelkõige võimatuses tuvastada selle suhtes liikumise fakti mis tahes eksperimentaalsete meetoditega, mis on võrdne relatiivsusprintsiibi avaldumisega. Inertsiaalsete süsteemide võrdsuse kontseptsioon, mida nimetatakse relatiivsusprintsiibiks, on aluseks teooriatele, millest sündis füüsikalise vaakumi kontseptsioon. Need. ideed füüsikalise vaakumi kohta tulenesid loogiliselt relatiivsusprintsiibist. Nende ideede kohaselt ei vaja valgus materiaalset kandekeskkonda ja footonite kogum moodustab vaba elektromagnetvälja. Selle välja madalaima energiaga olekut nimetatakse "elektromagnetvälja vaakumiks".
Eetri mõiste juurde tagasipöördumise põhjused
Relatiivsusteooria alusel loodi erirelatiivsusteooria. See teooria selgitas selleks ajaks kogutud eksperimentaalseid andmeid ja sai kaasaegse suure energiaga füüsika aluseks. Seda kasutatakse edukalt osakeste kiirendite projekteerimisel ja katsetes relativistlike osakestega. Sellegipoolest on SRT aluseks olevast relatiivsuspõhimõttest loobumiseks tõsised põhjused:
- Erirelatiivsusteooria sisaldab sisemist vastuolu, mida tuntakse kaksikparadoksina. Seda paradoksi püüti lahendada üldise relatiivsusteooria (GTR) abil, kuid see õnnestus ainult madalatel kiirustel. Üldise relativistlike kiiruste puhul jääb paradoks eemaldamatuks. Sündmuste vaheliste põhjus-tagajärg seoste rikkumised ilmnevad kõige selgemini “kolme kaksiku paradoksis” (käsitletud aastal), mis on kaksikutega mõtteeksperimendi edasiarendus.
- On olemas kaasaegsed katsed, mis määravad kindlaks valguse kiiruse sõltuvuse laine levimise suunast. Rea selliseid katseid viis läbi Stefan Marinov, katsetes tuvastati valguslaine levimise suund, mille puhul valguse kiirus ületab Koos väärtusega 360 ± 40 km/s. Marinovi katsete tulemused on vastuolus STR-postulaadiga valguse kiiruse muutumatuse kohta.
Väljatoodud põhjused olid aluseks relatiivsusprintsiibist loobumisele, mis loomulikult viib eetri kontseptsiooni taaselustamise ideeni, mida iseloomustab ühelt poolt inertsiaalsüsteemide ebavõrdsus ja kiiruse sõltuvus. valguse laine levimise suunas. Eetri mõiste sunnib reaalsete osakeste ja virtuaalosakeste vastasmõjule teistsuguse pilgu heitma (esitatud füüsikalise vaakumi mõiste raames). See interaktsioon pole midagi muud kui reaalsete osakeste koostoime tõelise eetriga, välistades vajaduse võtta kasutusele kunstlikke vahendajaid, näiteks virtuaalseid osakesi.
Eetri mõiste teoreetiline põhjendus
Puudutamata konkreetseid eetri mudeleid, tõstame esile kaks selle omadust, mis on edasiseks esitlemiseks vajalikud: vastasmõju kandva meediumi omadus ja selle mittekaasamine liikuvate kehade poolt (liikumatus). Seega kujutab elektromagnetlaine paigalseisva keskkonna-eetri ergastuse levikut.
Michelson-Morley eksperimentide alternatiivne tõlgendus
Michelson-Morley eksperimenti STR-i moodustamise ajal tõlgendati vastavalt relatiivsuspõhimõttele, nimelt: valguse kiirus igas koordinaatsüsteemis on sama väärtusega. Koos"ja ei sõltu laine levimise suunast (st isotroopsest). Michelson-Morley katsetest selline tulemus aga ei tulene. Michelson-Morley katsetes tehti kindlaks aja isotroopia fakt kahepoolsed valguse levik ( t + + t – = konst) Siin t + ; t– – ajaintervallid ühepoolne valguse levimine piki optilise pikkusega sirge lõiku L sirgjooneliselt (lõigu algusest lõpuni - t+) ja tagurpidi (lõpust alguseni – t–) juhised. Relatiivsusprintsiibi pooldajad, kes ei saanud näidatud aegu eraldi mõõta (sobiva varustuse ja tehnoloogia puudumise tõttu) ning tuginesid põhimõtteliselt valele eksperimendi arvestusele, tõlgendasid selle tulemust aegade võrdsusena. t + Ja t- , jättes kõrvale ilmse alternatiivse versiooni: " t + pole võrdne t-, seda arvestades t + + t – = konst». Kui võtame kasutusele suuruse nimega kiirus kahepoolsed valguse levimine ja määratletakse järgmiselt: c = 2L/(t + + t – ) , siis selle koguse jaoks (ja üldse mitte kiiruse jaoks ühepoolne valguse levimine) invariantsus ja isotroopia tulenevad tegelikult Michelson-Morley katsetest (vt üksikasju).
Selline pealtnäha tühine erinevus Michelson-Morley eksperimendi tõlgendamisel viib diametraalselt vastupidise tulemuseni: relatiivsusprintsiibist loobumiseni ja eetri mõiste taaselustamiseni.
Luminiferous eetri teooria (LET)
Michelsoni-Morley katsete alternatiivne õige tõlgendus võimaldas ehitada teooria, mis põhineb järgmistel postulaatidel:
- Interaktsioonide levimise meediumi (eetri, mida ei kanna liikuvad kehad) olemasolust ja sellega seotud absoluutsest referentssüsteemist; valgus antud keskkonnas levib sirgjooneliselt ja isotroopselt kiirusega Koos= 299792458 ± 1,2 m/s.
- Valguse kahesuunalise levimise kiiruse muutumisest inertsiaalsetes tugisüsteemides. Postulaadid eeldavad koordinaatide ja aja teisendusi kahe võrdlussüsteemi jaoks ( HÄRG 1 Y 1 Z 1) ja ( HÄRG 2 Y 2 Z 2), liikudes absoluutse süsteemi suhtes erinevatel kiirustel v 1 ja v 2 (edaspidi absoluutne) (vt):
x 2 = (x 1 – u 01 t 1)/γ; y 2 = y 1 ; z 2 = z 1 ; t 2 = γ t 1 ; u 02 = –u 01/y2; | (1) |
Siin u 01 – süsteemi suhteline kiirus ( HÄRG 2 Y 2 Z 2), mõõdetuna ( HÄRG 1 Y 1 Z 1), A u 02 – süsteemi kiirus (OX 1 Y 1 Z 1 ) suhteliselt (OX 2 Y 2 Z 2 ). Tuleb märkida, et u 01 ei ole võrdne u 02, erinevalt STR-st, milles võrdlussüsteemide suhtelised kiirused on samad. Valemist t 2 = γ t 1 näitab aja kiiruse (kella kiiruse) sõltuvust inertsiaalsüsteemide absoluutsest liikumiskiirusest. Erineva absoluutkiirusega süsteemid v 1 ja v 2 ei ole võrdsed: taktsagedus on kõrgem võrdlussüsteemis, millel on madalam absoluutkiirus.
Ülaltoodud transformatsioonide oluliseks tagajärjeks on sündmuste samaaegsuse kontseptsiooni absoluutne olemus. Sündmused samaaegselt ühes inertsiaalses tugiraamistikus ( dt 1 = 0) on samaaegne mis tahes muus süsteemis ( dt 2 = 0), mis erineb põhimõtteliselt SRT-st. Vastavalt sellele peegeldab kehade suuruse vähenemine transformatsioonidest (1) kehasid moodustavate aatomite ja molekulide lähenemist liikumissuunas. STR-is on kehade suuruse vähendamisel hoopis teine iseloom, nimelt on see sündmuste mittesamaaegsuse tagajärg (ühes võrdluskaadris samaaegselt esinevad sündmused ei ole samaaegsed teises inertsiaalses võrdluskaadris).
Energia muundamise seadus ( E) ja hoog ( lk) üleminekul ühest inertsiaalsest referentssüsteemist teise on SET-i kohaselt järgmine:
p x 2 = γ p x 1 , p y 2 = p y 1 , p z 2 = p z 1 , E 2 = (E 1 – u 01 p x 1)/γ.
Energia ja impulsi vaheline seos absoluutse kiirusega inertsiaalses tugisüsteemis v 0 määratakse seosega:
(1 – v 0 2 /c 2)E 2 /c 2 + 2(v 0 /c)p x E/c – lk 2 = m 2 c 2 .
Kell v 0 /c 1 valem läheb tuntud SRT avaldisesse:
E 2 /c 2 – lk 2 = m 2 c 2 .
Ruum ja aeg osutuvad omavahel seotuks, kuid vastavalt SRT seadustest erinevatele seadustele. Inertsiaalses võrdlusraamis olev aegruumi mõõdik määratakse invariantse ruutvormi koefitsientidega:
ds 2 = c 2 dt 2 – (1 – v 0 2 /c 2)dx 2 – 2v 0 dtdx – dy 2 – dz 2 .
Selle mõõdiku oluline tagajärg on inertsiaalsüsteemide ruumi anisotroopsus. Selline anisotroopia tähendab nurkimpulsi jäävuse seaduse rikkumist (pange tähele, et kõrvalekalle nurkimpulsi jäävuse seadusest võrdlussüsteemide puhul, mille absoluutkiirus on madal v 0 /c UV 0 / c 2 kus u pöörlemisliikumise suhteline kiirus), samuti valguse kiiruse sõltuvus laine levimise suunast (α"):
Koos"(α") = Koos –1 .
Teisenduste asümptootika (1):
- Teisendused (1) muunduvad klassikalisteks Galileo-Newtoni teisendusteks osakeste madala suhtelise kiirusega ( u 01 /c v 1 / c
- Teisendused (1), mida rakendatakse osakestele, mille absoluutkiirus ( v 2) lähedal c, minge SRT Lorentzi teisendustesse, kui laboratoorse (maapealse) võrdlusraami absoluutkiirus on väike ( v 1 /c
- Teisendused (1) kaotavad oma tähenduse, kui v ≥ c, millel on lihtne füüsikaline seletus: aine, mis koosneb elektromagnetilise vastastikmõju jõududega seotud osakestest, ei saa eksisteerida kiirustel, mis ületavad vastasmõju levimiskiirust (aineosakesed lagunevad, kui v ≥ c, kuna selle tingimuse korral ei käi osakesi moodustavate elementide vaheline interaktsioonilaine nende elementide liikumisega sammu).
Seega on SET üldisem mehaanika kui SRT ja võimaldab paika panna viimase rakendatavuse piirid.
Eetri mõiste eksperimentaalne põhjendus
Valguse levimiskiiruse anisotroopia nähtus liikuvates võrdluskaadrites võimaldab eksperimentaalselt kindlaks teha inertsiaalse võrdluskaadri liikumise fakti absoluutse suhtes. Siiski on probleeme ja mustreid (mille tõestus on toodud), mis piiravad mõõtmistehnikate valikut:
- Objekti absoluutkiiruse määramise võimatus interferentsimeetodite abil (laborikoordinaadisüsteemis statsionaarsetel optilistel joontel).
- Ruumis eraldatud kellade sünkroniseerimise probleem ilma eelnevate teadmisteta võrdlussüsteemi absoluutkiiruse suuruse ja suuna kohta.
S. Marinovi katsed
Rea katseid Maa absoluutse kiiruse määramiseks, mis vastavad ülaltoodud seadustele, viis esmalt läbi Stefan Marinov (Austria). 1984. aastal viis ta läbi eksperimendi, mis oli edasiarendus Fizeau katsest valguse kiiruse mõõtmiseks hammasrattaga. Mõõdeti valguse kiiruste erinevus kahes vastassuunas (joonis 1).
Riis. 1. S. Marinovi katse skeem
Laseri valgus jagati kaheks kiireks 1 Ja 3 (eraldusprotsessi pole joonisel näidatud) ja juhitakse vastassuundades kahe sünkroonselt pöörleva ketta vahel. Piki perifeeriat aukudega kettad, mis on jäigalt kinnitatud ühisele teljele, toimisid sünkroniseeritud aknaluukidena, mis genereerisid valgusimpulsse, mis jõudsid fotodetektoritesse 2 , 4 . Maa absoluutne kiirus määrati valemiga:
kus ∆ I 1 , ∆I 2 – vooluanduris registreeritud voolude erinevus 5 kahel erineval teljekiirusel N 1 ja N 2. Katiku sünkroniseerimise probleem lahendatakse ketaste vahel võlli kaudu jäiga mehaanilise ühenduse kasutamisega. Katses määratud Maa absoluutkiiruse väärtus oli 362 ± 40 km/s. Sama autori poolt läbi viidud ühendatud peeglitega tehtud katse variant andis sarnase tulemuse.
Kirjeldatud Marinovi katset ei saanud teha enne lasertehnoloogia tulekut, mis võimaldas saada üsna kitsa valgusvihu. Seega, hoolimata asjaolust, et Michelson ja Morley pakkusid sellise katse idee välja, oli SRT moodustamise ajal võimatu seda ellu viia.
Interferentsimeetod absoluutsete kiiruste määramiseks
Alternatiivne viis absoluutsete kiiruste mõõtmiseks tuleneb otseselt teisendusseadusest (1): t 2 = γ t 1, mille kohaselt sõltub suhteline ajadilatatsioon kahes inertsiaalsüsteemis nende absoluutkiirustest v 1 , v 2. Vaatleme kahte kella, millest üks liigub mööda Maa absoluutkiiruse vektorit ja teine vastupidises suunas; vastavalt sellele on mõne absoluutkiirus suurem kui Maa absoluutkiirus ja teistel väiksem. Sellise liikumise tagajärg, nagu on näha punktist (1), on mõne kella kiiruse aeglustumine ja teiste kellade kiiruse kiirenemine võrreldes Maa suhtes paigal seisvate kelladega. Kella rolli allpool kirjeldatud eksperimentaalses idees täidavad valgussignaali viivitusjooned, mis liiguvad Maa süsteemi suhtes vastassuundades (joonis 2).
Riis. 2. Interferentsikatse liikuvatel optilistel joontel
Valgus allikast 1 (laser) pärast poolitamist 2 läbib viivitusliine 4 Ja 5 (haava kiu pikkusega mähised L ja murdumisnäitaja n), mille väljundist suunatakse valgussignaalid faasidiskriminaatorisse 3 , registreerides faasinihke (∆φ) hetkel, kui poolid hõivavad ruumis teatud positsiooni. Faasieraldaja ja mähised on jäigalt silindri külge kinnitatud. Optiliste kiududega silinder pöörleb nurkkiirusega ω, nii et poolide lineaarkiiruse vektori suund ( u) muutused ( u = ω r, Kus r– silindri raadius). Maa absoluutne kiirus määratakse järgmise valemiga:
Esitame punktis kirjeldatud katse parameetrid valguse lainepikkuse λ = 0,5 μm jaoks: silindri kõrgus 1,2 m, raadius r= 16 cm, pöörlemiskiirus ω = 3600 p/min ( u= 60 m/s). Nõutav kiu pikkus L saab olema 2,5 km, Maa absoluutkiiruse arvutamise täpsusega dv= 3 km/s (mis on suurusjärgu võrra täpsem kui Marinovi katses).
Eeter ja kosmoloogia
Marinovi katsete tulemused võimaldavad püstitada hüpoteesi, et nn. Universumi kosmiline mikrolaineline taustkiirgus on eetri sisemine müra, kuna katsetes mõõdetud kiiruse väärtus on lähedane Maa (päikesesüsteemi) kiirusele astronoomilistel vaatlustel saadud kosmilise mikrolaine taustkiirguse tausta suhtes. . Sel juhul ei ole "reliktne" kiirgus tegelikult reliktne kiirgus ja seetõttu ei ole see Suure Paugu teooria kohaselt tõend universumi päritolu kohta. Suure Paugu teooria pooldajate teine argument on seletada kaugete tähtede spektri punanihket Doppleri efektiga, mis on tingitud galaktikate paisumisest. Siiski on alternatiivseid selgitusi. Näiteks võivad spektri nihke põhjused olla: eetri ebahomogeensus – selle omaduste muutumine Universumi keskpunktist perifeeriasse (eeldusel, et meie galaktika asub Universumi keskosas) või elektromagnetlaine energia vähenemine, mis on tingitud hiiglasliku vahemaa läbimisest kandekeskkonnas, samal ajal kui eeter neeldub, saab osa energiast hiljem mürana välja lasta (eeldatakse, et neeldunud energia protsent sõltub ainult läbitud vahemaa ja see ei sõltu laine sagedusest). Eetri mõiste võimaldab meil õigustada loomulikumat nägemust universumist. Universum, nagu eeter, on igavene ega vaja seetõttu selgitusi oma päritolu kohta. Selle koostisosad (galaktikad) uuenevad pidevalt ja surevate vanade asemele sünnivad uued, noored. Universumi arengust erineval seisukohal on füüsilise vaakumi kontseptsiooni järgijad, kes seletavad Universumi tekkimist plahvatuse kaudu, mis on seotud elementaarosakeste sünniga vaakumis ühe faasisiirde tagajärjel. Universum ei ole Suure Paugu teooria kohaselt igavene, see sureb kas galaktikate paisumise tagajärjel ("külm surm" - paisuva universumi mudel) või kokkuvarisemise tagajärjel ("kuum surm"). ” – võnkuva universumi mudel). Sellest tulenevalt surevad galaktikad kas üksi (esimene mudel) või kollektiivselt (teine mudel). Teaduse ajaloos pole kunagi olnud "optimistlikumat" teooriat kui Suure Paugu teooria.
Seda, et Suure Paugu teooria on tänapäeva teaduses äärmiselt vastuoluline, annavad tunnistust arvukad teadlaste – füüsikute ja astronoomide tööd. Nii ütleb Rootsi astrofüüsik, Nobeli preemia laureaat H. Alfvén: „See kosmoloogiline teooria esindab absurdi kõrgpunkti – see väidab, et kogu Universum tekkis teatud hetkel nagu plahvatav aatomipomm, nööpnõelapea suurune. Tundub, et praeguses intellektuaalses kliimas on Suure Paugu kosmoloogia suureks eeliseks terve mõistuse solvamine: credo, quia absurdum (“Ma usun, sest see on absurd”)! Kui teadlased võitlevad astroloogilise jamaga väljaspool "teadustemplite" seinu, oleks tore meeles pidada, et nendes müürides kasvatatakse mõnikord veelgi hullemat jama. .
Järeldus
SET-i alusel taaselustatud ja Marinovi katsetes eksperimentaalselt kinnitatud eetri kontseptsioon erineb põhimõtteliselt füüsilise vaakumi kontseptsioonist, mille ideed arenesid välja relatiivsusprintsiibist. Peamised erinevused kahe mõiste vahel on järgmised.
- Eeterliku kontseptsiooni kohaselt tähistab elektromagnetlaine liikumatu keskkonna - eetri - ergastuse levikut. Inertsiaalsetes referentssüsteemides sõltub valguse kiirus laine levimise suunast. Kaasaegses füüsikas on välja kujunenud alternatiivne vaade: valgus ei vaja kandekeskkonda ja liigub nagu kehake ning valguse levimiskiirus on inertsiaalsüsteemides isotroopne ja muutumatu.
- Kõik, mis meid ümbritseb, on eetris. Selle elementide omaduste struktuur ja dünaamika määravad sellised fundamentaalsed füüsikalised mõisted nagu ruum ja aeg. Seega eeter, millega saab seostada absoluutset koordinaatide ja aja võrdlussüsteemi, on igavese Universumi Absoluutne aegruum. Erinevalt eetrist on võimatu seostada võrdlusraamistikku füüsilise vaakumiga ja vaakumist väljuval universumil on piiratud eluiga.
- Eeterlikul keskkonnal on kõik materiaalse objekti omadused: see teeb raadiosagedusalas müra (“reliktkiirgus”), on elektromagnetlainete kandja ning eetri suhtes saab katseliselt määrata kehade ja osakeste kiirust. kindlaks määratud. Füüsiline vaakum on selles mõttes virtuaalne objekt (pole võimalik otse registreerida).
Eetri olemasolu tunnistamine on relatiivsuspõhimõtte lõplik tagasilükkamine ja üleminek jumaliku maailma ühtsuse ideele, mida ühendab kõikehõlmav meedium - eeter. See keskkond määrab ruumiliste koordinaatide ja aja absoluutse tugiraamistiku. Sotsiaalses ja vaimses sfääris, kuhu relatiivsuspõhimõte on tunginud liberalismi ja polüteismi kujul, tähendab moraalsete väärtuste relatiivsuse tagasilükkamine headuse, moraali ja õigluse mõistete absolutiseerimist.
Obuhhov Juri Aleksejevitš,
Zahharchenko Igor Ivanovitš,
e-post: [e-postiga kaitstud].
Teabeallikad:
- Kalitejevski N.I. Laine optika. – M.: Kõrgkool, 1995.
- Lorenz G.A., kollektsioonis. Relatiivsusteooria põhimõte. – M.: Atomizdat, 1973.
- Obukhov Yu.A., Zakharchenko I.I., Helendav eeter ja relatiivsuspõhimõtte rikkumine, 2001.
- Landau L.D., Lifshits E.M., Kvantelektrodünaamika. – M.: Nauka, 1989.
- Parshin D.A., Zegrya G.G. 27. loeng.
- Landau L.D., Lifshits E.M. Väljateooria. – M., Nauka, 1988.
- Marinov S. Venemaa füüsiline mõte. T. 2, 1995.
- Marinov S. Üldrelatiivsusteooria ja gravitatsioon. 12, lk. 57, 1980.
- Novikov I.D. Universumi evolutsioon. M.: Nauka, 1983.
- Zahharchenko I.I., Obuhhov Yu.A. Leiutise taotlus nr 2001114292, 2001.a.
- Teaduse tulevik. Rahvusvaheline aastaraamat. Vol. 12. – M., lk 64, 1979.
Vaata ka:
- Eetertuulest. , 1999.
- Petrov V.V. Michelson-Morley eksperiment ja Fresneli hüpotees. , 2001.
- Esterle O.V.