Как известно, вакуум — это отсутствие материи, и да, он может содержать энергию. Допустим, мы можем создать контейнер с идеальным вакуумом внутри (без воздуха, без материи, без ничего). Допустим, контейнер стеклянный, а на дворе солнечный день. Свет проникает сквозь стекло, движется сквозь вакуум. Свет — это энергия.
Межгалактическое пространство пустое настолько, насколько это вообще возможно, но свет от всех галактик проходит через него. И это не просто свет. Весь электромагнитный спектр, от космических лучей до радиоволн, — все это проходит через вакуум. Гравитационные волны — это тоже энергия, которая распространяется через вакуум.
Можно, конечно, представить себе вакуум, не содержащий энергии, но такого не может быть в этой Вселенной. Электромагнитные поля ослабевают с расстоянием, но не прекращаются. Таким образом, каждое существующее электромагнитное поле простирается в пространстве, и нет ни одного места во Вселенной где бы электромагнитного поя не существовало.
А еще есть темная энергия. Мы мало что о ней знаем, но она, кажется, тоже повсюду. А еще есть энергия нулевой точки, которая является самым низким возможным энергетическим состоянием. Эту энергию нелегко обуздать, но она является фундаментальной концепцией в квантовой физике.
Что такое энергия нулевой точки?
Энергия нулевой точки похожа на «фоновый гул» Вселенной — даже в идеальном вакууме, где вроде бы ничего нет, все равно существуют крошечные колебания энергии.
Вы видели качели на детской площадке на ветру? Качели никогда не находятся в состоянии покоя, они всегда немного двигаются. Количество энергии, которое ветер передает качелям, это и есть нулевая энергия (аналогия). Эта энергия исходит из квантовой механики, где частицы постоянно колеблются, даже при абсолютном нуле (-273,15°C).
Энергия нулевой точки является результатом того, что описывается как соотношение неопределенности Гейзенберга. Вакуум на самом деле не пуст, он кишит частицами, которые постоянно создаются и уничтожаются. Эти частицы называются виртуальными частицами, и хотя обычно их не видно, они наполняют пространство ненулевым уровнем энергии, который и называется энергией нулевой точки.
Это энергия основного состояния квантового поля. Нет более низкого энергетического состояния, которое оно могло бы занять.
Что такое темная энергия?
Темная энергия – это загадочная сущность, составляющая около 70% плотности энергии Вселенной и являющаяся движущей силой ее ускоренного расширения. В то время как обычные компоненты Вселенной, такие как материя и излучение, замедляют расширение, темная энергия оказывает противоположное действие, заставляя Вселенную расширяться все быстрее. Этот феномен, начавшийся примерно 5 млрд лет назад, озадачивает ученых и стимулирует поиски объяснений.
Существуют различные модели темной энергии, начиная от простейшей – космологической постоянной – и заканчивая более сложными, такими как энергия вакуума и квинтэссенция. Большинство этих моделей предполагают, что плотность темной энергии однородна в пространстве, что затрудняет их разграничение на основе наблюдений.
Заключение
Таким образом, вакуум — это не просто «ничего», это сложная энергетическая среда, пронизанная различными видами энергии: от хорошо известных электромагнитных волн до загадочной темной энергии и квантовых флуктуаций энергии нулевой точки. Вселенная, которую мы наблюдаем, наполнена энергией даже в самых пустых своих участках, и эта особенность определяет ее свойства и эволюцию.
