KAS YRA VIRTUALIOS DALELĖS?

Send

Kartais išsiaiškinu silpną vietą savo straipsniuose, remdamasis gautais el. Laiškais ir komentarais.

Vienas populiarus straipsnis, kurį mes padarėme, buvo apie Stepheno Hawkingo supratimą, kad juodosios skylės turi išgaruoti ilgą laiką. Mes kalbėjome apie mechanizmą ir minėjome, kaip yra šios virtualios dalelės, kurios pasirodo ir išeina iš egzistencijos.

Paprastai šios dalelės savaime sunaikina, tačiau juodosios skylės įvykio horizonto pakraštyje viena dalelė patenka į vidų, o kita gali laisvai klaidžioti po kosmosą. Kadangi iš nieko negalite sukurti dalelių, juodoji skylė turi šiek tiek paaukoti, kad nusipirktų šią naujai suformuotą dalelę.

Bet mano trumpo straipsnio nepakako tiksliai paaiškinti, kas yra virtualios dalelės. Aišku, jūs visi norėjote daugiau informacijos. Kas jie tokie? Kaip jie aptinkami? Ką tai reiškia juodosioms skylėms?

Tokiose situacijose, kai žinau tikrąją fizikos policiją, man patinka paskambinti į skambutį. Dar kartą grįšiu pasikalbėti su savo geru draugu ir faktiškai dirbančiu astrofiziku dr. Paulu Matt Sutteriu. Jis yra parašęs straipsnius tokiomis temomis kaip Bajeso kosminės aušros analizė ir MHD modeliavimas. Jis tikrai žino savo daiktus.

„Fraser Cain“:
Ei Paul, pirmasis klausimas: kas yra virtualios dalelės?

Paulius Mattas Sutteris:
Gerai. Jokio spaudimo, Freizeri. Gerai Gerai.

Norėdami gauti virtualių dalelių koncepciją, jūs iš tikrųjų turite atsitraukti ir galvoti apie lauką, ypač apie elektromagnetinį lauką. Dabartiniame mūsų vaizde, kaip Visata veikia, visa erdvė ir laikas yra užpildyti tokiu foniniu lauku. Ir šis laukas gali vikriai judėti ir keistis, o kartais šie vibracijos ir skliautai yra tarsi bangos, kurios sklinda į priekį, ir mes šias bangas vadiname fotonais arba elektromagnetine spinduliuote, tačiau kartais tai gali tiesiog sėdėti ten ir jūs žinote, bloop bloop bloop, tiesiog žinote pop fizzle ir viduj, arba aukštyn ir žemyn, ir natūra virti šiek tiek viskas atskirai.

Tiesą sakant, visa laiko erdvė yra tarsi vingiuota / vingiuota aplink šį lauką, net vakuume. Vakuumas nėra visko nebuvimas. Vakuumas yra ten, kur šio lauko energija yra žemiausia. Bet net ir esant žemiausio energijos būsenai, nors vidutiniškai ten nieko nėra. Jį sustabdo vien tik žydėjimas, jei žinote, kad burbuliuoja.

Taigi iš tikrųjų vakuumas verda šiuos laukus. Ypač elektromagnetinis laukas, apie kurį dabar kalbame.

Ir mes žinome, kad fotonai, ta šviesa, gali virsti dalelių, antidalelių poromis. Tai gali virsti elektronu ir pozitronu. Tai gali tiesiog tai padaryti. Tai gali atsitikti su normaliais fotonais, ir gali nutikti tokiems laikiniems laidžiai banguojantiems fotonams.

Taigi kartais fotonas arba kartais elektromagnetinis laukas gali sklisti iš vienos vietos į kitą, ir mes tai vadiname fotonu. Tas fotonas gali suskaidyti į pozitroną ir elektroną, o kartais jis gali tiesiog suvynioti tam tikros rūšies bangas ir paskui suvynioti POP POP. Jis užsideda į pozitroną ir elektroną, tada jie susitrenkia vienas į kitą ar bet ką, ir jie tiesiog troškinasi atgal. Taigi, vibruojantis vobleris, pop pop, putojantis popierius yra tai, kas visą laiką vyksta vakuume, ir tai yra vardas, kurį mes suteikiame šioms virtualioms dalelėms yra tik normalus foninis fuzas arba fonas, statiškas vakuumui.

Fraser:
Gerai. Taigi kaip mes matome virtualių dalelių įrodymus?

Paulius:
Taip, puikus klausimas. Mes žinome, kad vakuume yra su juo susijusi energija. Mes žinome, kad šios virtualios dalelės visada kaupiasi ir neegzistuoja dėl kelių priežasčių.

Vienas iš jų yra elektronų perėjimas skirtingose atomo būsenose. Jei sužadinate atomą, elektronas pasirodo aukštesnės energijos būsenoje. Nėra jokios priežasties tam elektronui sugrįžti į mažesnės energijos būseną. Tai jau yra. Tai iš tikrųjų stabili valstybė. Jai nėra jokios priežasties palikti, nebent elektromagnetiniame lauke yra nedaug voblerių voblerių ir jis gali pasislinkti aplink tą elektroną, išmušti jį iš tos aukštesnės energijos būklės ir nuskristi į žemesnę būseną.

Kitas dalykas yra vadinamas ėriuko poslinkiu, ir tai yra tada, kai vielingai banguojantis elektromagnetinis laukas arba virtualios dalelės vėl sąveikauja su elektronais, tarkim, vandenilio atomu. Tai gali švelniai apglėbti juos, ir šis poslinkis paveikia kai kurias elektronų būsenas, o ne kitas būsenas. Ir iš tikrųjų yra valstybių, kurios, sakytų, turi tas pačias sakytines energijos savybes, jos yra tiesiog tapačios, tačiau todėl, kad Avinėlio poslinkis dėl šio opiai banguotai elektromagnetinio lauko sąveikauja su viena iš tų būsenų, o ne su kita, ji iš tikrųjų yra subtiliai keičia tų būsenų energijos lygius, net jei tikėtumėtės, kad jos bus visiškai vienodos.

Kitas įrodymas yra fotonų fotonų išsklaidymas, paprastai du fotonai, „phweeet“, skraido vienas šalia kito. Jie yra elektriškai neutralūs, todėl neturi jokios priežasties sąveikauti, tačiau kartais fotonai gali susvyruoti, kad susvyruotų į elektronų / pozitronų poras, ir ta elektronų / pozitronų pora gali sąveikauti su kitais fotonais. Taigi kartais jie atsimuša vienas nuo kito. Tai labai reta atvejis, nes reikia laukti, kol virpančios voblerės įvyks tinkamu metu, tačiau taip gali atsitikti.

Fraser:
Taigi kaip jie sąveikauja su juodosiomis skylėmis?

Paulius:
Gerai, kad tai yra šio klausimo esmė. Ką visos šios virtualios dalelės ar vingiuotai banguojantys elektromagnetiniai laukai turi bendro su juodosiomis skylėmis, o ypač su Hawkingo radiacija? Bet patikrink tai. Originalus Hawkingo formuluotė, kad juodosios skylės gali spinduliuoti ir prarasti masę, iš tikrųjų neturi nieko bendra su virtualiomis dalelėmis. Arba jis nekalba tiesiogiai apie virtualias dalelių poras, o iš tikrųjų jokia kita šio proceso formuluotė ar modernesnė koncepcija nekalba apie virtualias dalelių poras.

Vietoj to, jie daugiau kalba apie patį lauką ir konkrečiai apie tai, kas vyksta su lauku, kol nėra juodosios skylės, kas vyksta su juo, kai formuojasi juodoji skylė, ir kas atsitinka su lauku po jo formavimo. Tai tarsi užduoda klausimą: kas nutinka šiems laidžiai banguotiems lauko bitams, tokiems kaip trumpalaikis elektromagnetinio lauko vakuumo virimo pobūdis? Kas nutinka, kai formuojasi juodoji skylė?

O kas nutinka, kad kai kurie nestipriai banguojantys kąsniai tiesiog sugaunami prie juodosios skylės, prie renginio horizonto, kai jis formuojasi, ir ten praleidžia ilgą laiką, o galiausiai jie pabėga. Taigi tai užtrunka, bet kai jie pabėga dėl ten esančio intensyvaus kreivumo, intensyvaus erdvės laiko kreivumo, jie gali sustiprėti ar paaukštinti. Taigi, užuot laikinai besikeičiančiai banguojantys, lauke jie sustiprėja ir tampa „tikromis“ dalelėmis arba „tikrais“ fotonais. Taigi tai tikrai panašu į pačios juodosios skylės susidarymo sąveiką su vietiškai banguotu foniniu lauku, kuri ilgainiui išnyksta, nes nėra visiškai įstrigusi juodosios skylės.

Galų gale jis išnyksta ir virsta tikromis dalelėmis, ir jūs galite apskaičiuoti, kas atsitiks, tarkime, numatomą dalelių skaičių šalia juodosios skylės įvykio horizonto. Atsakymas yra neigiamas skaičius, tai reiškia, kad juodoji skylė praranda masę ir išspjauna daleles.

Dabar ši populiari virtualių dalelių porų koncepcija iškyla į egzistavimą ir viena įsipainioja į įvykio horizontą. Tai nėra tiksliai susiję su Hawkingo radiacijos matematika, tačiau ji taip pat nėra visiškai neteisinga. Atminkite, kad laidus elektromagnetinis laukas yra susijęs su šiomis dalelių ir antidalelių poromis, kurios nuolat atsiranda ir iškrenta iš egzistencijos. Jie tarsi eina koja kojon. Taigi, kalbėdami apie laidų banguotumą lauke, jūs taip pat kalbate apie virtualių dalelių gamybą. Ir tai nėra tiksliai matematika, bet jūs žinote pakankamai artimai.

Fraser:
Gerai ir pagaliau Paulius. Man reikia, kad jūs atsitiktinai išpūstumėte žiūrovų protus. Tai, kas apie virtualias daleles, yra tiesiog nuostabu!

Paulius:
Gerai. Taigi norite palenkti žmonių mintis? Gerai. Aš tai taupiau paskutinį kartą. Kažkas sultingo, kaip tik tau, Freizeri.

Patikrinkite tai - tai dar vienas didelis įrodymas, kad turime šių fono svyravimų ir virtualių dalelių, ir tai mes vadiname Kazimiero efektu arba Kazimiero jėga.

Jūs paimate dvi neutralias metalines plokšteles, o kas atsitiks, visą erdvės laiką persmelkiantis laukas yra plokštelių viduje ir išorėje. Plokščių viduje galite turėti tik tam tikrus režimų bangos ilgius. Beveik kaip trimito viduje gali būti tik tam tikri garsą skleidžiantys režimai. Bangos ilgių galai turi būti sujungti su plokštėmis, nes būtent tai metalinės plokštės daro elektromagnetiniams laukams.

Už plokščių galite turėti bet kokį norimą bangos ilgį. Nesvarbu.

Taigi tai reiškia, kad už plokščių ribų turite begalinį skaičių galimų režimų bangų. Yra bet koks galimas svyravimų rūšis, plintantis voratinklis elektromagnetiniame lauke, tačiau plokštelių viduje yra tik tam tikri bangų ilgiai, kurie gali tilpti plokštelių viduje.

Dabar lauke yra begalinis režimų skaičius. Viduje vis dar yra begalinis režimų skaičius, tik šiek tiek mažiau begalinis režimų skaičius. Ir jūs galite paimti begalybę iš išorės, ir atimti begalinę begalybę iš vidaus, ir iš tikrųjų gauti baigtinį skaičių, ir tai, ką jūs galų gale turite, yra slėgis arba jėga, sujungianti plokšteles. Ir mes iš tikrųjų tai išmatuojome. Tai yra tikras dalykas, ir taip, aš nejuokauju, galite pasiimti begalybę atėmus kitą begalybę ir gauti baigtinį skaičių. Tai įmanoma. Vienas iš pavyzdžių yra Eulerio Mascheroni konstanta. Aš drįstu tavęs ieškoti!

Taigi, jūs eikite, dabar tikiuosi, kad jūs suprantate, kas yra šios virtualios dalelės, kaip jos aptinkamos ir kaip jos prisideda prie juodosios skylės išgarinimo.

Ir jei dar to nepadarėte, būtinai spustelėkite čia ir eikite į jo kanalą. Rasite dešimtis vaizdo įrašų, kuriuose atsakoma į vienodai mąstančius klausimus. Tiesą sakant, atsiųskite savo klausimus ir jis gali tiesiog padaryti vaizdo įrašą ir atsakyti į juos.