Отрицательное давление физического вакуума

[arseniiv]

Ой, перепутал. Да, я имел в виду покоящийся куб, на который снаружи никто не давит.

[Munin]

Тогда сформулируйте вопрос заново, если он ещё остался.

[Bobinwl]

Munin в сообщении #641105 писал(а):

Bobinwl в сообщении #641077 писал(а):

Почему эти силы притяжения между составляющими тела должны уменьшать действие гравитации со стороны куба?

На этот вопрос я выше ответил для atlakatl. Если для вас это слишком популярно, скажите.

Да, это слишком популярно, отсюда не совсем понятно. Повторюсь еще раз, почему силы притяжения между составляющими тела, которые уравновешены внешней силой должны уменьшать действие "притягивающей" (положительной) гравитации? С потоком импульса (скорость переноса) все ясно, действительно это всего лишь сила. Теперь осталось понять, как такой "виртуальный" перенос может иметь действенный эффект. Ведь на первый взгляд (больше у меня не получилось) для внешнего наблюдателя уравновешенное, но растянутое внешними силами тело (возьмем простой случай: упругий стержень растянутый за концы) полностью равно телу ничем не растягиваемому (кроме небольшой деформации для очень упругого материала).
Хотя газ запертый в объеме под давлением тоже "уравновешен", но давление может производить изрядное, т.е. вклад импульсной составляющей общего энергии-импульса может быть большим, значит, отсюда возможно и обратная по знаку ситуация - не положительное давление, а отрицательное (на примере рассмотренного выше растянутого куба).
Но какое то хлипкое построение выходит. Ведь с другой стороны, если частица уменьшает свой импульс, направленный из объема, перекачивая его в потенциальную энергию притягивающихся частей внутри этого объема, то тем самым увеличивается масса (энергия) этого объема и должна увеличиваться притягивающая гравитацатия

[Munin]

Bobinwl в сообщении #643368 писал(а):

Повторюсь еще раз, почему силы притяжения между составляющими тела, которые уравновешены внешней силой должны уменьшать действие "притягивающей" (положительной) гравитации?

Потому что откуда вообще берётся действие гравитации? Вот у нас есть две какие-то массы, Земля и Луна. Они там внутри себя уравновешени, и никому ничего не должны. Но почему-то они притягиваются! Оказывается, есть в нашей Вселенной такой закон, что кроме всего прочего, массы друг к другу притягиваются. Впервые мы с этим законом знакомимся у Ньютона, но потом открываем всё новые и новые его формы, обобщающие его на новые случаи и явления. Причём начал эту череду обобщений ещё Ньютон. Он наблюдал только движение планет Солнечной Системы, движение Луны, и падение тел на Землю, но расширил свои выводы на любую пару тел: и на любую пару планет, и на кометы, и на неоткрытые тогда ещё спутники, и на звёзды (которые тогда не вполне рассматривались как отдельные тела, но Ньютон допускал это), и на всю остальную Вселенную. Неслабо, а? И какие у него для этого были поводы? Да почти никаких. Могло оказаться, что Солнце и Земля - два таких уникальных тела во всей Вселенной с обратно-квадратичным законом притяжения, а всё остальное просто так болтается.

Ну да ладно. Пришёл Эйнштейн, и потребовалось ещё одно обобщение. Закон Ньютона описывал только притяжение масс, а по теории Эйнштейна так быть не могло. Ведь масса - это что такое? Это просто пространственно-временн́ое явление, когда вдоль временной оси шпарит нечто. Что именно нечто? Оказывается, есть такая универсальная на всю вселенную величина, поток энергии. Что бы мы ни рассматривали, всегда можно для него посчитать поток энергии, и посмотреть, куда и как он направлен. Так вот, шпарит он в любую сторону, и тогда энергия туда перемещается. А если он шпарит вдоль временной оси, то в пространстве он остаётся на месте, и означает просто сколько энергии есть в этом пространстве: плотность энергии. А плотность энергии - это и есть плотность массы, потому что для неподвижной массы $E=mc^2.$ Но пространство и время равноправны, значит, поток вбок должен притягивать так же, как и поток "вверх", в направлении времени. А потом следует учесть равноправие пространства и времени ещё раз, и вспомнить, что энергия - это всего лишь временн́ая часть энергии-импульса. И тогда всё то же самое относится и к плотности и потоку импульса. То есть, раз Луна притягивает Землю своей массой, то отсюда следует вывод-обобщение, что она так же притягивает её и своим движением и давлением и внутренними напряжениями. Однозначно.

Точнее, тут есть нюанс. Гравитационное поле может оказаться разных типов. Оно может оказаться скалярным (тензорный ранг 0), тензорным (тензорный ранг 2), ранга 4, 6, и так далее. Эйнштейну очень нравится ранг 2, но в принципе, ранг 0 ничем не хуже. Только при ранге 0 это будет какое-то обычное поле, типа давления в акустике, а при ранге 2 это может быть геометрическое поле с эйнштейновским принципом эквивалентности, что падающий лифт ничем не отличается от свободно летящего в космосе. Обобщение ньютоновской теории может быть любым из таких типов. И если вдруг гравитация будет ранга 0, то все рассуждения в предыдущем абзаце будут неверными: роль для тяготения будет играть не универсальная величина потока энергии (тензора энергии-импульса-напряжений), а просто количество частиц в теле. Вопрос разрешает измерение отклонения света Солнцем. Если ранг 0, свет отклоняться вообще не будет, если ранг 2 - то вдвое сильнее, чем "по Ньютону" (подразумевается, что ньютоновская векторная теория - ранга 1), и так далее. И измерения показывают, что гравитационное поле - тензорное.

Bobinwl в сообщении #643368 писал(а):

Ведь на первый взгляд (больше у меня не получилось) для внешнего наблюдателя уравновешенное, но растянутое внешними силами тело (возьмем простой случай: упругий стержень растянутый за концы) полностью равно телу ничем не растягиваемому (кроме небольшой деформации для очень упругого материала).

А почему оно равно? Конечно, все частицы в стержне как были, так и остались на месте. Но кроме частиц, в теле есть ещё и поля! Как частицы притягиваются друг к другу? За счёт какого-то поля. Когда вы оставляете их в покое, то в поле не возникает в среднем напряжений. А когда вы тянете, то поле тянет частицы обратно, и образует состояние с ненулевыми в среднем компонентами напряжения. А чем поле хуже частиц в плане образования собственной гравитации?

Bobinwl в сообщении #643368 писал(а):

Ведь с другой стороны, если частица уменьшает свой импульс, направленный из объема, перекачивая его в потенциальную энергию притягивающихся частей внутри этого объема, то тем самым увеличивается масса (энергия) этого объема и должна увеличиваться притягивающая гравитацатия

Вообще, если внутри системы происходят какие-то изменения, то поток энергии в ней - не константа. Никто этого не гарантирует. Гарантирован только закон сохранения этого потока, "сколько втекло - столько вытекло". И конечно, если в системе происходят изменения, то и гравитационное поле системы может меняться. Например, колеблющийся пружинный маятник (с грузами на обоих концах) будет излучать гравитационные волны. Что будет конкретно для конкретной системы - считать нужно.

[Bobinwl]

Получается, что пример отрицательного давления в виде растянутого резинового куба (или полотна) не очень подходит к разбираемой теме. Растянув куб, мы запасаем в нем потенциальную энергию в поле и увеличиваем массу куба на затраченную на растягивание энергию. Т.е. более массивный растянутый куб будет притягивать сильнее чем не растянутый. Если это так, то пример не годный.

[Munin]

Bobinwl в сообщении #644047 писал(а):

Растянув куб, мы запасаем в нем потенциальную энергию в поле и увеличиваем массу куба на затраченную на растягивание энергию.

Не совсем. Вы торопитесь. Возникает и энергия, и отрицательное давление. И дальше надо уже чисто количественно анализировать, от кого вклад получился больше. Делается это через уравнение состояния вещества.

Разумеется, у тёмной энергии уравнение состояния не такое, которое можно воспроизвести резиновым кубом. Но вы спросили просто "что такое отрицательное давление", и я на пальцах объяснил. А точного соответствия во всех других деталях от меня не требовалось, и я его и не добивался.

[Bobinwl]

Хорошо, многое для себя я уяснил. Но возник еще вопрос: про движение тела через вакуум. Так как в вакууме постоянно присутствуют флуктуации полей, то по идее движущееся через них тело должно тормозится, т.к. виртуальные фотоны - это не идеальная сверхтекучая, неупругая среда, свободно перетекающая "в пустоты". Отсюда вопрос - почему нет никакого эффекта торможения через вакуум? И что интересно, в системе отсчета тела вакуум будет со всех сторон однороден, а в любой другой системе, в которой это тело движется, должно быть впереди сгущение, сзади разрежение флуктуаций вакуума (крайне неудачно, но образно). У Розенталя, Чернина (в статье журнала Квант http://kvant.mccme.ru/pdf/2002/04/kv0402rozental.pdf) есть "объяснение": уравнение состояния вакуума $\rho = -\varepsilon$, что означает что отрицательное давление ($\rho$) компенсирует "трение" о энергию флуктуаций ($\varepsilon$ - объемная плотность энергии флуктуаций вакуума). Более того, приведенный вид уравнении состояния вакуума исходит именно из требования отсутствия торможения равномерно движущегося тела. Но вывод (которого в статье нет )) ) непонятен. Каким образом отрицательное давление компенсирует "давление из за разной плотности флуктуации"? Можно ли к примеру аналогичным образом рассмотреть движение тела в среде с отрицательным давлением (например, в растянутой жидкости) - будет ли в этом случае компенсация сопротивления среды? Т.е. можно ли растягивая жидкость добиться такого же эффекта как у вакуума?

[Munin]

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Но возник еще вопрос: про движение тела через вакуум. Так как в вакууме постоянно присутствуют флуктуации полей, то по идее движущееся через них тело должно тормозится, т.к. виртуальные фотоны - это не идеальная сверхтекучая, неупругая среда, свободно перетекающая "в пустоты". Отсюда вопрос - почему нет никакого эффекта торможения через вакуум?

Дело в том, что вакуум лоренц-инвариантен, и вакуумные фотоны тоже лоренц-инвариантны, а торможение означало бы приближение к покою в какой-то выделенной системе отсчёта. Так что все эффекты торможения равны нулю, а могут возникать только какие-то более высоких порядков, например, мешающие ускоряться. Кстати, это означает добавку к массе.

На самом деле, это вопрос не такой простой, и какие-то квантовые эффекты могут спонтанно нарушать лоренц-симметрию, но в текущих теориях этого не происходит. Настолько глубоко я не знаю.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

И что интересно, в системе отсчета тела вакуум будет со всех сторон однороден, а в любой другой системе, в которой это тело движется, должно быть впереди сгущение, сзади разрежение флуктуаций вакуума (крайне неудачно, но образно).

Образно, и неверно. Это же не газ, который сгребают впереди себя. Это флуктуации вакуума. Они в каждой точке в каждый момент времени возникают заново. С чего бы им сгущаться и разрежаться?

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

У Розенталя, Чернина (в статье журнала Квант http://kvant.mccme.ru/pdf/2002/04/kv0402rozental.pdf )

Ну надо же, что в Кванте печатают... Респект.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

У Розенталя, Чернина... есть "объяснение": уравнение состояния вакуума $\rho = -\varepsilon$, что означает что отрицательное давление ($\rho$) компенсирует "трение" о энергию флуктуаций ($\varepsilon$ - объемная плотность энергии флуктуаций вакуума).

Нет, это, конечно, ерунда какая-то. Причём только в одной фразе, что можно списать на slip of tongue. А с другой стороны, Розенталь и Чернин - космологи, а не квантовые физики (а вот Рубаков, например, квантовый физик). А вопрос тут довольно непростой. В конечном счёте, отсутствие трения объясняется лоренц-инвариантностью вакуума, и уравнение состояния $p=-\varepsilon$ объясняется им же, но в обратную сторону это не действует: из уравнения состояния $p=-\varepsilon$ не следует лоренц-инвариантности среды.

Возможно, тут вмешалась какая-то путаница между торможением частицы и торможением Вселенной, знакомым космологам, но это вещи, конечно, разные.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Более того, приведенный вид уравнении состояния вакуума исходит именно из требования отсутствия торможения равномерно движущегося тела.

Нет, и это не так. Он следует из лоренц-инвариантности вакуума, и отсутствие торможения следует из неё же.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Но вывод (которого в статье нет )) ) непонятен.

Выводы тут происходят из КТП.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Каким образом отрицательное давление компенсирует "давление из за разной плотности флуктуации"?

Да никак. Всё там по-другому.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Можно ли к примеру аналогичным образом рассмотреть движение тела в среде с отрицательным давлением (например, в растянутой жидкости) - будет ли в этом случае компенсация сопротивления среды?

Давление в среде на движение тела не влияет никак. На движение влияют законы взаимодействия тела и среды, и состояние среды (а давление - это всего лишь число, вычисленное из состояния, а не само состояние целиком). Даже градиент давления может влиять только при наличии взаимодействия тела со средой. Иначе тело движется само по себе, а среда - сама по себе.

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Т.е. можно ли растягивая жидкость добиться такого же эффекта как у вакуума?

Нет, разумеется. Для начала, как я уже говорил, давление, сравнимое по величине с энергией - гигантское. Никакая реальная среда, ни жидкость, ни что другое, не выдержит такого растяжения, а рассыплется на отдельные частицы. Даже глюонная струна - самое упругое, что нам известно - при растяжении рассыпается на кварки, потому что натяжения оказывается достаточно, чтобы их породить. Создавать такое натяжение, из всего, что нам известно, способен только вакуум.

Ну и потом, законы взаимодействия с жидкостью совсем другие, чем с вакуумом. Я уже говорил.

[Bobinwl]

Munin в сообщении #645007 писал(а):

Bobinwl в сообщении #644989 писал(а):

Т.е. можно ли растягивая жидкость добиться такого же эффекта как у вакуума?

Нет, разумеется. Для начала, как я уже говорил, давление, сравнимое по величине с энергией - гигантское. Никакая реальная среда, ни жидкость, ни что другое, не выдержит такого растяжения, а рассыплется на отдельные частицы. Даже глюонная струна - самое упругое, что нам известно - при растяжении рассыпается на кварки, потому что натяжения оказывается достаточно, чтобы их породить. Создавать такое натяжение, из всего, что нам известно, способен только вакуум.

Ну и потом, законы взаимодействия с жидкостью совсем другие, чем с вакуумом. Я уже говорил.

Спасибо за ответ - без вас бы пытался понять как из требования "компенсации трения о флуктуации" для равномерного движения можно вывести (хотя бы принципиально) приведенное уравнение состояния. Когда надо думать в сторону неизменности вакуума в разных ИСО, которая является общей причиной и для уравнения состояния и "отсутствия трения" (например, чисто из общих соображений о невозможности затормозиться к какой то одной выделенной системе отсчета). Вот же беда популярных статей - сказали "для красного словца", а а ты голову ломай.

По поводу заданного вопроса - я не точно выразился: не имел цели воспроизвести вакуумное давление какой либо жидкостью. Просто хотелось увидеть, будет ли воспроизводить движение тела через растянутую жидкость хоть какой то эффект "компенсации трения". Но вижу, что это бессмыслица, так как в жидкости нужно воспроизвести в первую очередь ее инвариантность относительно движения в ней и очевидно, что в этом случае никакого трения уже не будет. Конечно остался вопрос вывода уравнения состояния вакуума из его лоренц-инвариантности, но это отдельный вопрос КТП и наверное сложный.

[Munin]

Bobinwl в сообщении #645283 писал(а):

Просто хотелось увидеть, будет ли воспроизводить движение тела через растянутую жидкость хоть какой то эффект "компенсации трения".

Начиная с того, что нет никакого "эффекта компенсации трения", ответ - нет.

Bobinwl в сообщении #645283 писал(а):

Конечно остался вопрос вывода уравнения состояния вакуума из его лоренц-инвариантности, но это отдельный вопрос КТП и наверное сложный.

Нет, этот вопрос уже несложный. Просто из всех симметричных тензоров 2 ранга существует только один лоренц-инвариантный, заданный соотношением $p=-\varepsilon,$ недиагональные элементы равны нулю. Это примерно на том же уровне, что единственный инвариантный относительно всех вращений тензор 2 ранга в евклидовом пространстве - шаровой. А, соответственно, из всех эллипсоидов инвариантен только шар. Вам вполне достаточно представлять себе, что такое квадратичная форма, и посмотреть, как она поворачивается преобразованиями Лоренца, и аналогично евклидовыми вращениями.

-- 16.11.2012 18:06:03 --

Остаётся единственный вопрос, нулевой это будет тензор или ненулевой :-)
В классической теории поля, для обычных для классики лагранжианов, обычно получается, что этот тензор нулевой, или приводится к нулевому, переопределением нулевого уровня энергии (о том, что это против ОТО, умолчим). В квантовой теории поля рассматриваются некоторые другие лагранжианы, в том числе и вполне классические, но просто повод возникает. В них более разнообразные потенциалы и вакуумные состояния поля, и возникают поводы рассматривать ненулевые уровни энергии вакуума (хотя во многих КТП эта величина вообще расходится, и не может быть вычислена, но в некотором смысле может быть оценена).
Так что, в принципе, можно просто считать, что этот тензор ненулевой. И тогда получается ОТО с $\Lambda$-членом.

[Bobinwl]

А можете привести ссылку на литературу, детальней расписывающий такой простой вывод. А то, если честно, не все понятно. Берем тензор энергии-импульса. Он симметричен, сразу для простоты рассмотрим его диагональные элементы равными 0 (почему бы и нет хотя не понятно), на диагонали расположены:
$(\varepsilon, -\varepsilon, -\varepsilon,-\varepsilon)$. И если вот такой тензор подвергнуть повороту в метрике $(-1,1,1,1)$, то его квадратичная форма не изменится?
Скорее всего, я совсем не представляю себе вывода или проверки инвариантности.

[Munin]

Тут где-то опечатка. Диагональные элементы нулю или не нулю?

[Bobinwl]

Да, описка получилась. Недиагональные элементы равны 0. На диагонали остаются только значения $ (\varepsilon, \rho, \rho,\rho)$ равный $(\varepsilon, -\varepsilon, -\varepsilon,-\varepsilon)$.
И после таких попыток манипуляций с тензорами подход Чернина, Розенталя о компенсации для тела потока энергии вакуума потоком отрицательным давлением как то ближе и понятнее, хотя бы интуитивно. Конечно при обязательной оговорке, что в любой системе отсчета вид тензора энергии-импульса вакуума не меняется.

[Munin]

Ещё, пожалуйста, перестаньте смешивать плотность массы $\rho$ и давление $p.$

Bobinwl в сообщении #646433 писал(а):

И после таких попыток манипуляций с тензорами подход Чернина, Розенталя о компенсации для тела потока энергии вакуума потоком отрицательным давлением как то ближе и понятнее, хотя бы интуитивно.

...но он остаётся неправильным.

-- 19.11.2012 19:22:30 --

Bobinwl в сообщении #646242 писал(а):

Берем тензор энергии-импульса. Он симметричен, сразу для простоты рассмотрим его НЕдиагональные элементы равными 0 (почему бы и нет хотя не понятно), на диагонали расположены:
$(\varepsilon, -\varepsilon, -\varepsilon,-\varepsilon)$. И если вот такой тензор подвергнуть повороту в метрике $(-1,1,1,1)$, то его квадратичная форма не изменится?

Ни он сам не изменится, ни его квадратичная форма не изменится.

Bobinwl в сообщении #646242 писал(а):

А можете привести ссылку на литературу, детальней расписывающий такой простой вывод. А то, если честно, не все понятно. ...
Скорее всего, я совсем не представляю себе вывода или проверки инвариантности.

Попробуйте почитать Ландау, Лифшица "Теорию поля", 1 главу, по-моему, там вполне прозрачно написано.

[Emela]

Уважаемые ученые мужики.
Что такое давление? Общеизвестно, что это - сжимание определенного объема молекул материи другими молекулами или другой формой материи с накоторой силой, отличной от их природно-равновесного состояния, в данной точке вселенной. Это и есть давление - то есть сжатие молекул и деформация связей между ними в сторону уменьшения расстояния между ними, а потому и уменьшение объема занимаемого пространства этими сжимаемыми молекулами.
Это сжатие выражается положительным числом. Например: 10кг на мм квадратный или, например-150МПа.
Если же нам стукнет в голову не сжимать молекулы, а растягивать их, опять же прилагая усилие для преодоления межмолекулярных сил сцепления, с силой, например 10 кг на миллиметр квадратный, или , например --150 МПа, то можем ли мы обозначить этот процесс отрицательными (противоположными положительному давлению) числовыми значениями ?
Думаю, что обязаны, во избежание мировой путаницы в научных дискуссиях.
---
Ну а что касается ваккуума. то природа силы, приводящей в движение материю - суть "эфир"- мировая среда, по плотности превосходящая материю на много порядков, потому нами. увы и не замеченная.
Описание природы физического ваккуума . Набрать:

Toucan:

подробности удалены.
См. также post690226.html#p690226