Is it possible to create a perfect vacuum? - Rolf Landua and Anais Rassat

Переводчик: Вадим Гузик Редактор: Ростислав Голод

The universe is bustling with matter and energy.

Несмотря на размеры Вселенной, в ней очень много материи и энергии.

Even in the vast apparent emptiness of intergalactic space,

Даже в кажущейся безразмерной пустоте межгалактического пространства

there's one hydrogen atom per cubic meter.

на один кубический метр приходится атом водорода.

That's not the mention a barrage of particles

Нельзя не упомянуть потоки частиц

and electromagnetic radiation

и электромагнитного излучения,

passing every which way from stars, galaxies, and into black holes.

которые в разные стороны разлетаются от звёзд и чёрных дыр.

There's even radiation left over from the Big Bang.

Где-то во Вселенной ещё блуждает излучение с момента Большого взрыва.

So is there such thing as a total absence of everything?

Но существует ли в принципе такое явление, как полное отсутствие всего?

This isn't just a thought experiment.

Вопрос отнюдь не праздный.

Empty spaces, or vacuums, are incredibly useful.

Пустые пространства или вакуум оказались бы весьма полезными.

Inside our homes, most vacuum cleaners work

Дома, включив пылесос, мы наблюдаем, как при помощи вентилятора

by using a fan to create a low-pressure relatively empty area

в нём создаётся относительно пустое пространство с низким давлением,

that sucks matter in to fill the void.

в которое всасывается материя, чтобы восполнить пустоту.

But that's far from empty.

Но до вакуума ещё очень далеко.

There's still plenty of matter bouncing around.

Вокруг нас всегда очень много материи.

Manufacturers rely on more thorough, sealed vacuums

С определёнными целями производители различных товаров создают

for all sorts of purposes.

герметичные вакуумные системы.

That includes vacuum-packed food that stays fresh longer,

Продукты питания в вакуумной упаковке дольше остаются свежими,

and the vacuums inside early light bulbs that protected filaments from degrading.

вакуум внутри лампочек защищает нить накала от разрушения.

These vacuums are generally created with some version

Но такие вакуумы обычно создаются

of what a vacuum cleaner does

по тому же принципу, что и вакуум в пылесосе:

using high-powered pumps that create enough suction

при помощи мощных насосов

to remove as many stray atoms as possible.

удаляют как можно больше свободных атомов.

But the best of these industrial processes

Но даже в самых лучших из таких вакуумов

tends to leave hundreds of millions of atoms

на кубический сантиметр

per cubic centimeter of space.

приходятся сотни миллионов атомов.

That isn't empty enough for scientists who work on experiments,

Для учёных, ставящих научные эксперименты, такие вакуумы не подходят.

like the Large Hadron Collider,

Например, в Большом адронном коллайдере

where particle beams need to circulate at close to the speed of light

лучевым потокам частиц необходимо до 10 часов вращаться на скорости,

for up to ten hours without hitting any stray atoms.

приближающейся к скорости света, не сталкиваясь с блуждающими атомами.

So how do they create a vacuum?

Так как учёные получают вакуум?

The LHC's pipes are made of materials, like stainless steel,

Трубы коллайдера сделаны из нержавеющей стали,

that don't release any of their own molecules

из неё не высвобождаются молекулы,

and are lined with a special coating to absorb stray gases.

трубы также имеют специальное покрытие, впитывающее молекулы газов.

Raising the temperature to 200 degrees Celsius

Внутри коллайдера создаётся температура до плюс 200 градусов Цельсия,

burns off any moisture,

and hundreds of vacuum pumps take two weeks to trap enough gas and debris

при этом испаряется вся влага,

а затем сотни вакуумных насосов в течение двух недель

out of the pipes for the collider's incredibly sensitive experiments.

выкачивают из труб коллайдера оставшийся газ.

Even with all this,

Только после всего этого возможно проводить сложнейшие эксперименты.

the Large Hadron Collider isn't a perfect vacuum.

Тем не менее, Большой адронный коллайдер не является совершенным вакуумом.

In the emptiest places, there are still

about 100,000 particles per cubic centimeter.

Даже в самых «пустых» его местах

по-прежнему существует около 100 тысяч частиц на кубический сантиметр.

But let's say an experiment like that could somehow get every last atom out.

Предположим, что в ходе эксперимента мы удалим все частицы до последнего атома.

There's still an unfathomably huge amount of radiation all around us

Всё равно вокруг нас останется неизмеримо много излучения,

that can pass right through the walls.

которое может проникать сквозь стены.

Every second, about 50 muons from cosmic rays,

Ежесекундно около 50 мюонов космический лучей,

10 million neutrinos coming directly from the Big Bang,

10 миллионов нейтрино, летящих ещё с момента Большого взрыва,

30 million photons from the cosmic microwave background,

30 миллионов фотонов космических лучей,

and 300 trillion neutrinos from the Sun pass through your body.

и 300 триллионов нейтрино солнечного света проникают сквозь ваше тело.

It is possible to shield vacuum chambers with substances,

Вакуумную капсулу ещё можно защитить,

поместив её в какое-нибудь вещество, например, в воду,

including water,

that absorb and reflect this radiation,

которая способна поглощать и отражать любое излучение,

except for neutrinos.

за исключением нейтрино.

Let's say you've somehow removed all of the atoms

Предположим, что вы как-то удалили все атомы

and blocked all of the radiation.

и блокировали поступление излучения.

Is the space now totally empty?

Будет ли пространство совершенно пустым?

Actually, no.

Не совсем.

All space is filled with what physicists call quantum fields.

Любое пространство заполнено тем, что физики называют квантовыми полями.

What we think of as subatomic particles,

Предполагается, что эти субатомные частицы,

electrons and photons and their relatives,

электроны и фотоны, а также их производные,

are actually vibrations in a quantum fabric

являются возбуждением квантового поля,

that extends throughout the universe.

которое пронизывает всю Вселенную.

And because of a physical law called the Heisenberg Principle,

Согласно закону физики, известному как принцип Гейзенберга,

these fields never stop oscillating,

возбуждения в этих полях никогда не прекращаются,

even without any particles to set off the ripples.

даже когда частицы никак не проявляют себя.

They always have some minimum fluctuation called a vacuum fluctuation.

В них всегда есть минимальные флуктуации, так называемые вакуумные флуктуации.

This means they have energy, a huge amount of it.

Это означает, что в них огромное количество энергии.

Because Einstein's equations tell us that mass and energy are equivalent,

Поскольку согласно уравнению Эйнштейна, масса и энергия взаимозависимы,

the quantum fluctuations in every cubic meter of space

квантовым флуктуациям в одном кубическом метре пространства

have an energy that corresponds to a mass of about four protons.

соответствует энергия, примерно равная массе четырёх протонов.

In other words, the seemingly empty space inside your vacuum

Другими словами, кажущееся пустым пространство внутри вакуума

would actually weigh a small amount.

всё же имеет вес, хотя он и очень мал.

Quantum fluctuations have existed since the earliest moments of the universe.

Квантовые флуктуации существовали с самого зарождения Вселенной.

In the moments after the Big Bang,

Сразу после Большого взрыва

as the universe expanded,

по мере расширения Вселенной

they were amplified and stretched out to cosmic scales.

они усиливались и растягивались до космических масштабов.

Cosmologists believe that these original quantum fluctuations

Космологи предполагают, что эти изначальные квантовые флуктуации

were the seeds of everything we see today:

в итоге стали всем тем, что мы сегодня наблюдаем во Вселенной:

galaxies and the entire large scale structure of the universe,

галактиками и крупными небесными телами,

as well as planets and solar systems.

а также планетами и звёздными системами.

They're also the center of one of the greatest scientific mysteries of our time

В этом заключается одна из величайших научных загадок нашего времени,

because according to the current theories,

потому что, согласно последним теориям,

the quantum fluctuations in the vacuum of space

квантовые флуктуации в вакуумном пространстве

ought to have 120 orders of magnitude more energy than we observe.

должны иметь на 120 порядков величин больше энергии, чем мы способны наблюдать.

Solving the mystery of that missing energy

Решив загадку отсутствующей энергии,

may entirely rewrite our understanding of physics and the universe.

возможно, мы вынуждены будем пересмотреть наше понимание физики и Вселенной.