Может ли космическое пространство быть абсолютно пустым?

Космическое пространство никогда не пустое — оно заполнено газом, пылью, заряженными частицами, светом от звезд, космическими лучами, излучением, оставшимся от Большого взрыва, гравитацией, электрическими и магнитными полями и нейтрино от ядерных реакций. Даже области космического пространства между галактическими нитями — так называемые войды, с плотностью материи менее десятой доли от типичной, все равно не абсолютно пустые.

Космическое пространство также заполнено двумя вещами, которые мы не можем обнаружить напрямую: темной материей и темной энергией. Даже если бы все эти вещи можно было удалить и заблокировать в определенной области пространства, по-прежнему остались бы три вещи, которые мы никогда не смогли бы удалить: (1) энергия вакуума, (2) поле Хиггса и (3) ) кривизна пространства-времени.

Энергия вакуума (также называемая флуктуациями вакуума или нулевой энергией) — это море частиц и античастиц, которые на короткое время появляются и исчезают. Энергия вакуума имеет очень реальный эффект, потому что она ослабляет или экранирует электрические поля.

Колебания вакуума — это не какой-то экзотический, непроверенный теоретический артефакт. Скорее, колебания вакуума являются фундаментальными для многих повседневных явлений. Например, лазеры в решающей степени зависят от наличия колебаний вакуума. Лазерный луч создается, когда вы правильно настраиваете материал, так что вы получаете цепную реакцию когерентного излучения света. Эта цепная реакция запускается колебаниями вакуума.

Точно так же радиоактивный распад, подобный тому, что наблюдается в углероде-14, который археологи используют для определения возраста материалов, инициируется колебаниями вакуума. Энергию вакуума можно измерить с помощью эффекта Казимира: две незаряженные металлические сферы сближаются очень близко друг к другу, и энергия вакуума заставляет их притягиваться.

Когда их расстояние достаточно мало, притяжение за счет энергии вакуума преобладает над гравитационными и электромагнитными эффектами. Энергия вакуума также объясняет лэмбовский сдвиг уровней энергии водорода. Энергия вакуума — это установленный принцип основной физики. С другой стороны, использование колебаний вакуума в качестве бесплатного источника промышленной энергии — это лженаука.

Далее, поле Хиггса существует повсюду, и именно оно придает массу многих частиц. Из-за сохранения массы-энергии, масса-энергия не может быть создана или уничтожена в замкнутой системе. В результате, когда поле Хиггса придает массу частице, оно делает это, забирая энергию из вакуума. Поле Хиггса стало большой новостью в 2012 году, когда на Большом адронном коллайдере в ЦЕРНе было объявлено о первом значительном экспериментальном подтверждении его существования .

Наконец, согласно общей теории относительности Эйнштейна, кривизна пространства-времени является врожденным свойством самого пространства. Массы воздействуют на пространство, придавая ему кривизну, а пространство действует обратно на массы, заставляя их перемещаться в своей изогнутой форме.

Явление масс, движущихся по прямым линиям в искривленном пространстве-времени, известно как гравитация. Изогнутая траектория спутника на орбите на самом деле представляет собой прямую линию в искривленном пространстве. Пространство, лишенное масс, все еще имеет форму (в нем все еще есть метрическое поле Эйнштейна).

Эта форма может быть даже изогнута, даже без масс, согласно уравнениям. Невозможно удалить гравитацию или заблокировать гравитацию из области пространства, потому что гравитация — это просто форма самого пространства. В результате даже самое пустое из физических пространств всегда будет иметь поле кривизны.

Совершенно «пустое» пространство всегда будет иметь энергию вакуума, поле Хиггса и кривизну пространства-времени. Более типичные вакуумы, например, в космосе, также содержат газ, пыль, солнечный ветер, свет, электрические поля, магнитные поля, космические лучи, нейтрино, темную материю и темную энергию.

Несмотря на все эти объекты, которые присутствуют в пространстве, космическое пространство действительно кажется пустым для людей, находящихся на Земле.

Материя

• Примеры : материальные объекты, газ, пыль, солнечный ветер, космические лучи, мюоны.
• Можно ли убрать : убирается с помощью толстых стен и вакуумных насосов

Свет

• Примеры : звездный свет, тепловое излучение, космическое фоновое излучение, радиоволны, электромагнитные поля.
• Можно ли убрать: в основном можно убрать с использованием толстых проводящих стенок при температурах около абсолютного нуля

Нейтрино

• Примеры : солнечные нейтрино, нейтрино от радиоактивной пыли.
• Можно ли убрать : можно частично задержать с помощью стен толще Земли.

Темная материя

• Примеры : галактические гало, межгалактические волокна.
• Можно ли убрать: неизвестно, скорее всего, нет

Энергия вакуума

• Примеры : море непрерывного образования пар частиц
• Можно ли убрать: нет

Поле Хиггса

• Примеры : связь Хиггса, бозоны Хиггса.
• Можно ли убрать: нет

Кривизна пространства-времени

• Примеры: гравитация, космическая структура, темная энергия.
• Можно ли убрать: нет