CO JSOU VIRTUáLNí ČáSTICE?

Send

Někdy zjistím slabé místo ve svých článcích na základě e-mailů a komentářů, které dostávají.

Jedním z populárních článků, které jsme udělali, bylo vše o poznání Stephena Hawkinga, že černé díry se musí odpařovat po dlouhou dobu. Mluvili jsme o mechanismu a zmínili jsme se, jak existují tyto virtuální částice, které se objevují a odcházejí.

Normálně se tyto částice zničí, ale na okraji horizontu události černé díry jedna částice zapadne, zatímco druhá může volně bloudit vesmírem. Protože nemůžete vytvořit částice z ničeho, černá díra se musí trochu obětovat, aby si mohla koupit tuto nově vytvořenou svobodu částic.

Ale můj krátký článek nestačil k tomu, aby přesně objasnil, jaké virtuální částice jsou. Samozřejmě jste všichni chtěli více informací. Co jsou? Jak jsou detekovány? Co to znamená pro černé díry?

V takovýchto situacích, když vím, že skutečná policie fyziky sleduje, rád zavolám vyzváněcí tón. Ještě jednou se vrátím a promluvím si se svým dobrým přítelem a skutečným pracovním astrofyzikem Dr. Paulem Mattem Sutterem. Napsal příspěvky k tématům, jako je Bayesovská analýza kosmického úsvitu a MHD simulace magnetických odtoků. Opravdu zná své věci.

Fraser Cain:
Ahoj Paul, první otázka: Co jsou virtuální částice?

Paul Matt Sutter:
V pořádku. Žádný tlak, Frasere. Dobře, dobře.

Chcete-li získat koncept virtuálních částic, musíte ve skutečnosti ustoupit a přemýšlet o poli, zejména elektromagnetickém poli. V našem současném pohledu na to, jak vesmír funguje, je prostor a čas naplněn tímto druhem pole na pozadí. A toto pole se může otáčet a pohupovat kolem, a někdy jsou tyto wibble a wabbles jako vlny, které se šíří dopředu, a my nazýváme tyto vlny fotony nebo elektromagnetické záření, ale někdy to může jen tak sedět a znáte bloop bloop bloop, prostě znáte pop fizzle dovnitř a ven, nebo nahoru a dolů, a druh vařit trochu všechno na jeho vlastní.

Ve skutečnosti je celý časový prostor tak trochu ve wiblingu / wabblingu kolem tohoto pole i ve vakuu. Vakuum není absence všeho. Vakuum je právě tam, kde je toto pole ve stavu s nejnižší energií. Ale i když je v tomto stavu s nejnižší energií, i když možná v průměru tam nic není. Není nic, co by to zastavilo z pouhé bloop bloop bloop, o které víte, že bublají kolem.

Takže ve skutečnosti je vakuum s těmito poli vroucí. Zejména o elektromagnetickém poli, o kterém právě teď mluvíme.

A víme, že fotony, to světlo, se mohou proměnit v částice, antičástice. Může se proměnit v říci elektron a pozitron. Může to jen udělat. Může se to stát běžným fotonům a může se to stát i těmto druhům dočasně wibble wobbly photons.

Takže někdy se může foton nebo někdy elektromagnetické pole šířit z jednoho místa na druhé a my tomu říkáme foton. A ten foton se může rozdělit na pozitron a elektron, a jindy to může jen pokývat wobble druh na místě a pak wibble wobble POP POP. Vyskočí do pozitronu a elektronu a pak narazí do sebe nebo na cokoli, a jen se zase vře dolů. Takže wibble wobble, pop pop, fizz fizz je druh toho, co se děje ve vakuu po celou dobu, a to je název, kterému tyto virtuální částice dáváme, je běžným druhem pozadí chmýří nebo pozadí statického pro vakuum.

Fraser:
Dobře. Jak tedy vidíme důkaz pro virtuální částice?

Pavel:
Jo, skvělá otázka. Víme, že s vakuem je spojena energie. Víme, že tyto virtuální částice neustále mizí z existujících důvodů z několika důvodů.

Jedním je přechod elektronu v různých stavech atomu. Pokud excitujete atom, elektron se objeví do stavu vyšší energie. Neexistuje žádný důvod, proč by se tento elektron mohl vrátit zpět do stavu nižší energie. Už je tam. Je to vlastně stabilní stav. Není důvod, aby odešel, ledaže by v elektromagnetickém poli bylo málo kolísavých vln a mohl by se kolem tohoto elektronu chichotat a vyrazit ho z tohoto stavu vyšší energie a poslat jej do padajícího stavu

Další věc se nazývá Lamb Shift, a to je situace, kdy vibrační vlnité elektromagnetické pole nebo virtuální částice znovu interagují s elektrony, řekněme atom vodíku. Může je jemně postrčit kolem a tento posun ovlivňuje některé stavy elektronu a ne jiné stavy. A ve skutečnosti existují skutečnosti, že byste řekli, že mají přesně stejné říkat energetické vlastnosti, jsou prostě trochu identické, ale protože Lamb Shift, protože toto vlnitelné vlnité elektromagnetické pole interaguje s jedním z těchto států a ne s druhým, ve skutečnosti jemně mění energetické hladiny těchto států, i když byste očekávali, že budou úplně stejné.

A další důkaz je ve fotonovém rozptylu fotonů, obvykle dva fotony, phweeet, létají jeden po druhém. Jsou elektricky neutrální, takže nemají důvod k interakci, ale někdy mohou fotony vibrovat na pár elektronů / pozitronů a tento pár elektronů / pozitronů může interagovat s ostatními fotony. Někdy se tedy navzájem odrazí. Je to velmi vzácné, protože musíte počkat, až se wibble wobble stane ve správný čas, ale může se to stát.

Fraser:
Jak tedy interagují s černými dírami?

Pavel:
Dobře, to je jádro věci. Co mají všechny tyto virtuální částice nebo wibble wobbly elektromagnetická pole společného s černými dírami, konkrétně Hawkingovým zářením? Ale podívejte se na to. Hawkingsova původní formulace této myšlenky, že černé díry mohou vyzařovat a ztrácet hmotu, ve skutečnosti nemá nic společného s virtuálními částicemi. Nebo nehovoří přímo o párech virtuálních částic a ve skutečnosti žádné jiné formulace ani modernější koncepce tohoto procesu nehovoří o párech virtuálních částic.

Místo toho mluví více o samotném poli a konkrétně o tom, co se děje s polem dříve, než je černá díra, co se s ní děje, když se vytvoří černá díra, a co se potom s polem stane poté, co se vytvoří. A to se ptá: Co se stane s těmito wibble wobbly bity pole, jako jsou přechodné druh vroucí povahy vakua elektromagnetického pole? Co se s tím stane, když se vytvoří černá díra?

Dobře, co se stane, je to, že některé z výkyvně kolísavých bitů se chytí blízko černé díry, poblíž horizontu události, když se utváří, tráví tam dlouhou dobu a nakonec uniknou. Chvíli to trvá, ale když uniknou kvůli intenzivnímu zakřivení, intenzivnímu zakřivení časoprostoru, mohou být posíleni nebo povýšeni. Takže místo toho, aby byli dočasně wibble wobbly's, v poli se jim dostane podpory, aby se stali „skutečnými“ částicemi nebo „skutečnými“ fotony. Je to opravdu jako interakce formování samotné černé díry s wibbly vlnitým pozadím, které nakonec unikne, protože není úplně zachyceno černou dírou.

Nakonec unikne a promění se ve skutečné částice a můžete počítat jako to, co se stane, řekněme očekávaný počet částic blízko horizontu události černé díry. Odpověď je záporné číslo, což znamená, že černá díra ztrácí hmotu a vyplivne částice.

Nyní tato populární koncepce párů virtuálních částic se objevuje a jeden je zachycen uvnitř horizontu události. To není přesně vázáno na matematiku Hawkingova záření, ale není to úplně špatně. Pamatujte, že vlnité vlnky v elektromagnetickém poli souvisejí s těmito dvojicemi částic a antičástic, které se neustále objevují a objevují. Oni jdou ruku v ruce. Takže tím, že mluvíte o wibble wobbly's v terénu, tak také mluvíte o produkci virtuálních částic. A není to přesně matematika, ale víte dost blízko.

Fraser:
Dobře, a konečně, Paule. Potřebuji, abys náhodně vyhodil do povědomí diváky. Něco o virtuálních částicích je prostě úžasné!

Pavel:
V pořádku. Takže chcete ohýbat mysl lidí? Dobře. Šetřil jsem to poslední. Něco šťavnatého, jen pro vás, Frasere.

Podívejte se na to, je to jeden další velký důkaz, který máme o existenci těchto kolísání pozadí a existence virtuálních částic, a to je něco, čemu říkáme Casimirův efekt nebo Casimirova síla.

Berete dvě neutrální kovové desky a to, co se děje, je toto pole, které proniká celým časoprostorem, je uvnitř desek a je mimo desky. Uvnitř desek můžete mít pouze určité vlnové délky režimů. Téměř jako uvnitř trubka může mít pouze určité režimy, které vydávají zvuk. Konce vlnových délek se musí spojit s deskami, protože to je to, co kovové desky dělají pro elektromagnetická pole.

Mimo desky můžete mít libovolnou vlnovou délku. Na tom nezáleží.

To znamená, že mimo desky máte nekonečný počet možných vlnových délek režimů. V elektromagnetickém poli se vyskytují všechny možné fluktuace, wibble wabble, ale uvnitř desek se uvnitř desek vejdou pouze určité vlnové délky.

Teď venku je nekonečný počet režimů. Uvnitř je stále nekonečný počet režimů, jen o něco méně nekonečný počet režimů. A můžete vzít nekonečno z vnějšku a odečíst nekonečnou nekonečno zevnitř, a ve skutečnosti získat konečné číslo, a tím, co skončíte, je tlak nebo síla, která spojuje desky dohromady. A skutečně jsme to změřili. To je skutečná věc a ano, nedělám si srandu, můžete si vzít nekonečno mínus jiné nekonečno a získat konečné číslo. Je to možné. Jedním příkladem je Euler Mascheroni Constant. Odvažuji se tě na to podívat!

Takže tady to je, doufám, že pochopíte, co tyto virtuální částice jsou, jak jsou detekovány a jak přispívají k odpařování černé díry.

A pokud jste tak ještě neučinili, ujistěte se, že kliknete sem a jdete na jeho kanál. Najdete zde desítky videí, které zodpovídají stejně ohromující otázky. Ve skutečnosti, pošlete své otázky a on by mohl jen udělat video a odpovědět na ně.