Вакуум в физике и вакуум в космологии

Концепция вакуума Эйнштейна—Глинера порождает целый ряд принципиальных вопросов в фундаментальной физике. Прежде всего, это вопрос о том, является ли космический вакуум тем самым физическим вакуумом, который давно уже известен и в теории и в лабораторном эксперименте. Как мы говорили выше (см. §4.2 этой главы), физический вакуум присутствует в атомной физике и микрофизике, где он представляет собой наинизшее энергетическое состояние квантовых полей. В физическом вакууме разыгрываются взаимодействия элементарных частиц. Физический вакуум непосредственно проявляется экспериментально, например, влэм-бовском сдвиге спектральных линий атомов и эффекте Казимира.

В таких экспериментах присутствие вакуума несомненно, но при этом значение его энергии ускользает от измерения. Последнее связано с тем принципиальным обстоятельством, что во всех — кроме гравитации! — физических взаимодействиях проявляется только разность энергий физической системы в различные моменты времени и/или в различных точках пространства, а не величина энергии в данном состоянии физической системы.

Но космический вакуум проявил себя именно своей плотностью. Грандиозным инструментом, естественной экспериментальной установкой для открытия космического вакуума послужила вся наблюдаемая Вселенная. Гравитация — и только она — «чувствует» не разности энергии вакуума в разных точках пространства и/или в разные моменты времени, а всю энергию целиком. Поэтому-то и удалось не только обнаружить присутствие в мире вакуума, но и измерить его плотность.

Между вакуумом квантовых полей и космическим вакуумом Эйнштейна—Глинера имеется принципиальное сходство: вакуум квантовых полей тоже должен быть универсальным, он тоже должен присутствовать всюду в мире и иметь везде и всегда одинаковую плотность. Более того, и космический вакуум и физический имеют одно и то же уравнение состояния р = —р. Уравнение состояния физического вакуума непосредственно выводится в теории квантовых полей; это было продемонстрировано А. А. Старобинским в 1979 г. [44] Но значение плотности физического вакуума таким прямым путем вычислить в теории до сих пор не удается.

Проблема вакуума — как в физике, так и в космологии — является, как многие полагают, исключительно важной и вместе с тем самой сложной во всей современной фундаментальной науке.