Bir qarashda bu ikki so’zda qarama-qarshilik bordek tuyuladi: vakuum – bo’shliq, bo’shliq esa fizik yoki nofizik bo’la olmaydi. Axir bo’shliq – butunlay hech narsa yo’q degani-ku!

Klassik fizika hodisalariga asoslangan kundalik tajriba bizga shunday deydi. Biroq mikrodunyo fizikasi kvant mexanika va nisbiylik nazariyasi bilan tavsiflanadi va bu ikki nazariya bo’shliq mavjud bo’lishini tan olmaydi. Agar yopiq idishdan havo so’rib olinsa, undagi hamma narsani chiqarish mumkin, biroq bunda baribir klassik bo’shliq hosil bo’lmaydi.

Bo’sh idishda nima qoladi o’zi? Fanning tasdiqlashicha, vakuumda maydonlarning kvant fluktuatsiyalari bo’ladi va virtual zarralar vujudga keladi. Vakuum – bu modda yo’g’idagi eng kichik energiyali adolat. Lekin moddaning yo’qligi zarraning yo’qligini anglatmaydi. Gap shundaki, zarralar soni reaktsiyalarda saqlanmaydi. Energiya, elektrik, barion (Adronlar) va lepton (Leptonlar) zaryadlar saqlanadi, biroq zaryadlar soni o’zgarishi mumkin.

Agar yetarlicha energiya berilsa, vakuumda zarralar vujudga keltirish mumkin. Gap shundaki, energiya maydonga, maydon esa zarraga o’tishi mumqin (Maydonlar va zarralar). Bu jihatdan vakuum dielektrikka o’xshaydi, zarralarning paydo bo’lishi esa kuchli maydonlarda dielektrik proboyini eslatadi.

Toza vakuumning xossalarini energiya bermasdan turib qarab chiqilsachi? Bu xossalar energiya manbai borligida vakuumda paydo bo’ladigan zarralarning xossalari bilan hech ham bog’lanmagandek tuyuladi. Klassik mexanikada shunday bo’lgan bo’lar edi, ammo kvant mexanikada bu bunday emas. Ma’lum noaniqliklar munosabati ΔE•Δt≈h har qanday sistema qisqa vaqt Δt-h/ΔE da energiyasi bo’yicha ΔE ga farq qiluvchi holatga o’tishi mumkinligini ko’rsatadi.

Bunday o’tishlar virtual o’tishlar deyiladi. Nisbiylik nazariyasiga ko’ra energiya massaga o’tishi mumkin bo’lgani uchun virtual o’tishlar zarralarning qisqa vaqt paydo bo’lishiga mos keladi. E=mc²bo’lgani uchun noaniqliklar munosabatidan m massali zarralar ℏ/mc² vaqtda virtual hosil bo’lishini topamiz. Proton uchun bu vaqt 10^-24 s bo’ladi.

Virtual zarralar paydo qiladigan fizik effektlar qanday ekan?

Atom fizikasida bu effektlar uncha sezilmaydi. Masalan, atom qobig’idagi elektronning energiya sathlari virtual fotonlar bilan o’zaro ta’sirlashish natijasida protsentning ulushlari qadar siljiydi; Kulon qonuni vakuumning qutblanishi (ya’ni dastlabki maydonni o’z maydonlari bilan ekranlaydigan elektron-nozitron juftining virtual paydo bo’lishi) tufayli kichik masofalarda buziladi.

Biroq qanchalik mayda zarralar kuzatilayotgan bo’lsa, ularni o’rab olgan vakuum o’zining virtual zarralari bilan shunchalik katta rol o’ynaydi. Yadroviy moddada protonlar vakuumdagiga qaraganda kichik massaga ega bo’ladi, chunki vakuumda bu massaga «yopishib qolgan» virtual-mezonlarning massasi qo’shiladi. Yadroviy moddada bu virtual mezonlarni protonlar har tomonga turtadi.

Kvarklarda vakuumning xossalari muhim rol o’ynaydi. Erkin kvarklarning mavjud bo’lishi mumkin emasligi, ehtimol, yakka kvarklar vakuumda vujudga keltiradigan juda katta o’zgarishlarga bog’liq, qo’pol qilib aytganda, o’ta o’tkazgichda magnit maydon surib chiqarilgani singari, kvarkning glyuon maydoni ham vakuum tomonidan surib chiqariladi. Natijada kvark maydoni o’ta o’tkazgichdagi magnit uyurmalariga o’xshash naycha tarzida siqiladi (Kvarklar, Kuchli o’zaro ta’sirlar). Bu naycha erkin kvark uchun cheksiz uzunlikda bo’lar va cheksiz energiyani eltar edi. Shuning uchun ham kvarklar erkin holatda mavjud bo’la olmaydi (nisbiylik nazariyasiga ko’ra ular cheksiz og’ir bo’lgan bo’lar edi). Aslida naychaning «uzilishlari» yuz beradi, bu «uzilishlar»ning uchlarida kvark-antikvark juftlari hosil bo’ladi va natijada kvarklarni adronlardan «urib chiqarish»ga harakat qilinganda bir qancha adronlardan iborat sel – «adron sharralar» hosil bo’ladi.

To’g’ri, maydonni naycha tarzida siqadigan narsa ma’lum bo’lgan (kuper juftlari) o’ta o’tkazgichdan farqli o’laroq (O’ta o’tkazuvchanlik), vakuumga bu yetarlicha aniq emas. Bu yerda asosiy vazifani bajaruvchi virtual zarralarni ajratish mumkin bo’lmayapti. Biroq ayni shu virtual jarayonlar vakuumda kvarklarning odatdan tashqari xossalariga olib kelishi shubha tug’dirmaydi.

O’ta kichik masofalarda vakuumning xossalari yanada sirlidir. Kutilmaganda kvant effektlarning gravitatsion effektlar bilan aloqasi paydo bo’ladi (Tortishish). O’ta og’ir virtual zarralar o’z atrofida sezilarli gravitatsion maydon hosil qiladi, u esa fazo geometriyasini buza boshlaydi. Bu hali oxirigacha o’rganilmagan effektning ikir-chikirlariga berilmasdan, bunday virtual zarralarning faqat massalarining va ularga tegishli kompton to’lqin uzunliklarining (Kompton effekti) kattaliklarini aniqlash mumkin: , bunda G – tortishish doimiysi. Son qiymatlarini qo’yib topamiz: m~10¹⁹GeV, m~10^-33 sm.

Hozircha bunchalik katta energiyalarda va bunchalik kichik fazoviy masshtablarda biror ilmiy eksperiment o’tkazishni tasavvur qilib bo’lmaydi.