ČO Sú TO VIRTUáLNE ČASTICE?

Send

Niekedy zistím slabé miesto v mojich článkoch na základe e-mailov a komentárov, ktoré dostanú.

Jedným z populárnych článkov, ktoré sme urobili, bolo všetko o tom, že si Stephen Hawking uvedomil, že čierne diery sa musia odparovať počas dlhého časového obdobia. Hovorili sme o mechanizme a spomenuli sme, ako existujú tieto virtuálne častice, ktoré sa objavujú a odchádzajú z existencie.

Normálne sa tieto častice samovraždu, ale na okraji horizontu udalostí čiernej diery jedna časť padá dovnútra, zatiaľ čo druhá môže voľne putovať kozmom. Pretože nemôžete vytvárať častice z ničoho, čierna diera sa musí obetovať trochu sama od seba, aby si kúpila slobodu tejto novo vytvorenej častice.

Ale môj krátky článok nebol dostatočný na to, aby som vysvetlil, čo presne sú virtuálne častice. Všetci ste samozrejme chceli viac informácií. Čo sú zač? Ako sa zistia? Čo to znamená pre čierne diery?

V takýchto situáciách, keď viem, že sa pozerá na skutočnú fyzickú políciu, by som rád zavolal zvonenie. Ešte raz sa vrátim a porozprávam sa so svojim dobrým priateľom a skutočným pracovným astrofyzikom, Dr. Paulom Mattom Sutterom. Napísal príspevky na témy ako Bayesovská analýza kozmického úsvitu a MHD simulácie magnetických odtokov. Skutočne pozná svoje veci.

Fraser Cain:
Ahoj Paul, prvá otázka: Čo sú to virtuálne častice?

Paul Matt Sutter:
Poriadku. Žiadny tlak, Fraser. Dobre dobre.

Aby ste získali koncept virtuálnych častíc, musíte sa o krok späť a premýšľať o poli, najmä o elektromagnetickom poli. V našom súčasnom pohľade na to, ako vesmír funguje, je celý priestor a čas naplnený týmto druhom poľa na pozadí. A toto pole sa môže pohybovať a kolísať okolo, a niekedy sú tieto kolísania a kolísania podobné vlnám, ktoré sa šíria vpred, a tieto vlny nazývame fotónmi alebo elektromagnetickým žiarením, ale niekedy to môže len tak sedieť a viete, že vykvitnete fizzle dovnútra a von, alebo hore a dole, a druh varu trochu všetko sám o sebe.

V skutočnosti je všetok časový priestor trochu kolísavý / kolísajúci okolo tohto poľa aj vo vákuu. Vákuum nie je absencia všetkého. Vákuum je práve tam, kde je toto pole v najnižšom energetickom stave. Ale aj keď je to v tomto stave s najnižšou energiou, aj keď možno v priemere nie je nič. Nič nebráni tomu, aby ste to len vyliali, keď viete, že bublajú.

Takže v skutočnosti je vákuum s týmito poľami trochu vriace. Najmä elektromagnetické pole, o ktorom práve hovoríme.

A vieme, že fotóny, to svetlo, sa môžu zmeniť na dvojice častíc, antičastice. Môže sa z neho stať elektrón a pozitrón. Môže to len urobiť. Môže sa to stať normálnym fotónom a môže sa to stať aj týmto druhom dočasne vlniteľných zvlnených fotónov.

Takže niekedy sa môže fotón alebo niekedy elektromagnetické pole šíriť z jedného miesta na druhé a nazývame ho fotónom. A ten fotón sa môže rozdeliť na pozitrón a elektrón, a inokedy môže iba zvlniť wobble druh na mieste a potom wibble wobble POP POP. Vyskočí to do pozitrónu a elektrónu a potom narazia do seba alebo na čokoľvek, a jednoducho sa potácajú späť. Takže wibble wobble, pop pop, fizz fizz je niečo, čo sa deje vo vákuu po celú dobu, a to je názov, ktorý týmto virtuálnym časticiam dávame podtlak, ktorý je normálnym typom pozadia alebo statického pozadia.

Fraser:
Poriadku. Ako teda vidíme dôkazy o virtuálnych časticiach?

paul:
Áno, skvelá otázka. Vieme, že vákuum je s tým spojené. Vieme, že tieto virtuálne častice neustále miznú z existencie z niekoľkých dôvodov.

Jedným z nich je prechod elektrónu v rôznych stavoch atómu. Ak excitujete atóm, elektrón sa objaví vo vyššom energetickom stave. Neexistuje žiadny dôvod, aby sa tento elektrón vrátil späť do stavu nižšej energie. Už je tam. Je to vlastne stabilný stav. Nie je dôvod na to, aby odišiel, pokiaľ v elektromagnetickom poli nie sú malé výkyvné wobble a môže sa chichotať okolo tohto elektrónu a vyraziť ho z tohto stavu vyššej energie a poslať ho narazením do nižšieho stavu.

Ďalšia vec sa nazýva Lamb Shift, a to je prípad, keď vlnité vlnené elektromagnetické pole alebo virtuálne častice opäť interagujú s elektrónmi, napríklad atóm vodíka. Môže ich jemne postrčiť okolo a tento posun ovplyvňuje niektoré stavy elektrónu a nie iné stavy. A v skutočnosti existujú skutočnosti, že by ste povedali, že majú rovnaké energetické vlastnosti, hovoria len o tom istom druhu, ale pretože Baránkove posúvanie, pretože toto zvlnené vlnené elektromagnetické pole interaguje s jedným z týchto štátov a nie s druhým, v skutočnosti jemne mení hladinu energie v týchto štátoch, aj keď by ste očakávali, že budú úplne rovnaké.

A ďalší dôkaz je vo fotónovom rozptyle fotónov, zvyčajne len dva fotóny, phweeet, preletieť jeden s druhým. Sú elektricky neutrálne, takže nemajú dôvod interagovať, ale niekedy môžu fotóny vibrovať do párov elektrón / pozitrón a tento pár elektrón / pozitrón môže interagovať s ostatnými fotónmi. Takže niekedy sa navzájom odrazia. Je to veľmi zriedkavé, pretože musíte počkať, kým sa wibble wobble stane v pravý čas, ale môže sa to stať.

Fraser:
Ako teda interagujú s čiernymi dierami?

paul:
Dobre, toto je jadro veci. Čo majú spoločné všetky tieto virtuálne častice alebo vlnité vlnené elektromagnetické polia s čiernymi dierami, konkrétne Hawkingovým žiarením? Ale pozrite sa na to. Hawkingsova pôvodná formulácia tejto myšlienky, že čierne diery môžu vyžarovať a stratiť hmotnosť, v skutočnosti nemá nič spoločné s virtuálnymi časticami. Alebo nehovorí priamo o pároch virtuálnych častíc a v skutočnosti žiadne iné formulácie alebo modernejšie koncepcie tohto procesu nehovoria o pároch virtuálnych častíc.

Namiesto toho hovoria viac o samotnom poli a konkrétne o tom, čo sa deje s poľom skôr, ako sa čierna diera nachádza, čo sa s ňou deje, keď sa vytvorí čierna diera, a potom o tom, čo sa stane s poľom po jeho vytvorení. A to si kladie otázku: Čo sa stane s týmito vlnitými kolísavými kúskami poľa, ako sú prechodné druhy vriacej povahy vákua elektromagnetického poľa? Čo sa s ňou stane, keď sa vytvorí čierna diera?

Čo sa stane, je to, že niektoré z výkyvne zvlnených kúskov sa chytia blízko čiernej diery, blízko horizontu udalostí, keď sa formuje, trávia tam dlhý čas a nakoniec uniknú. Chvíľu to trvá, ale keď uniknú kvôli intenzívnemu zakriveniu, intenzívnemu zakriveniu časopriestoru, môžu sa zosilniť alebo povýšiť. Takže namiesto toho, aby boli dočasne výkyvne zvlnené, dostanú na poli podporu, aby sa stali „skutočnými“ časticami alebo „skutočnými“ fotónmi. Je to skutočne ako interakcia formovania samotnej čiernej diery s kolísavým kolísavým pozadím, ktoré nakoniec unikne, pretože nie je úplne zachytené čiernou dierou.

Nakoniec unikne a premení sa na skutočné častice a môžete počítať ako to, čo sa stane, keď sa povie očakávaný počet častíc blízko horizontu udalosti čiernej diery. Odpoveď je záporné číslo, čo znamená, že čierna diera stráca hmotu a pľuli častice.

Teraz táto populárna koncepcia párov virtuálnych častíc sa objavuje a jeden je zachytený v horizonte udalostí. To nie je presne spojené s matematikou Hawkingovho žiarenia, ale nie je to úplne zlé. Pamätajte, že zvlnené vlnky v elektromagnetickom poli súvisia s týmito pármi častíc a antičastíc, ktoré sa neustále objavujú a objavujú. Oni idú ruka v ruke. Takže tým, že hovoríte o wibble wobbly's v teréne, hovoríte tiež o produkcii virtuálnych častíc. A nie je to presne matematika, ale viete dosť blízko.

Fraser:
Dobre a nakoniec, Paul. Potrebujem, aby si náhodne vyhodil divákov do mysle. Niečo o virtuálnych časticiach je úžasné!

paul:
Poriadku. Takže chcete ohýbať mysle ľudí? V poriadku. Šetrilo sa mi to posledné. Niečo šťavnaté, len pre vás, Fraser.

Vyskúšajte to, je to jeden ďalší veľký dôkaz, ktorý máme o existencii týchto kolísaní pozadia a existencii virtuálnych častíc, a to je niečo, čo nazývame Casimirov efekt alebo Casimirova sila.

Vezmete dve neutrálne kovové platne a to, čo sa stane, je toto pole, ktoré prenikne všetok časopriestor, je vnútri dosiek a je mimo dosiek. Vo vnútri dosiek môžete mať iba určité vlnové dĺžky režimov. Takmer ako vo vnútri rúrky, môžu mať iba určité režimy, ktoré vydávajú zvuk. Konce vlnových dĺžok sa musia spojiť s doskami, pretože to je to, čo kovové dosky robia pre elektromagnetické polia.

Mimo dosiek môžete mať akúkoľvek vlnovú dĺžku, ktorú chcete. Na tom nezáleží.

To znamená, že mimo dosiek máte nekonečné množstvo možných vlnových dĺžok režimov. V elektromagnetickom poli sa vyskytujú všetky možné fluktuácie, wibble wabble, ale vo vnútri dosiek sa do dosiek zmestia iba určité vlnové dĺžky.

Teraz je vonku nekonečný počet režimov. Vo vnútri je stále nekonečný počet režimov, len o niečo menej nekonečný počet režimov. A môžete vziať nekonečno zvonku a odpočítať nekonečnú nekonečnosť zvnútra, a skutočne získať konečné číslo, a tým, čo nakoniec skončí, je tlak alebo sila, ktorá spája dosky. A skutočne sme to zmerali. Je to skutočná vec a ja si nemám srandu, môžete si vziať nekonečno mínus iné nekonečno a získať konečné číslo. Je to možné. Jedným z príkladov je Euler Mascheroni Constant. Trúfam si ťa hľadať!

Takže, dúfam, že teraz pochopíte, čo sú tieto virtuálne častice, ako sú detekované a ako prispievajú k odparovaniu čiernej diery.

A ak ste tak ešte neurobili, nezabudnite kliknúť sem a prejsť na jeho kanál. Nájdete tu desiatky videí, ktoré zodpovedajú rovnako kladeným otázkam. V skutočnosti pošlite svoje otázky a on by mohol urobiť len video a odpovedať na ne.