MIS ON VIRTUAALSED OSAKESED?

Send

Mõnikord selgitan nende artiklite nõrka kohta nende e-kirjade ja kommentaaride põhjal.

Üks populaarne artikkel, mille me tegime, oli Stephen Hawkingi arusaamise kohta, et mustad augud peavad tohutu aja jooksul aurustuma. Rääkisime mehhanismist ja mainisime, kuidas on olemas need virtuaalsed osakesed, mis hüppavad olemasolust sisse ja välja.

Tavaliselt hävivad need osakesed ise, kuid musta augu sündmuse horisondi servas langeb üks osake sisse, teine aga võib kosmoses ringi liikuda. Kuna te ei saa osakesi mitte millestki luua, peab must auk selle vast moodustatud osakese vabaduse ostmiseks natuke ise ohverdama.

Kuid minu lühike artikkel ei olnud piisav, et täpselt selgitada, mis virtuaalsed osakesed on. On selge, et te kõik soovisite rohkem teavet. Mis need on? Kuidas neid tuvastatakse? Mida see tähendab mustade aukude jaoks?

Sellistes olukordades meeldib mulle helistada helistajale, kui tean, et tegelikku füüsikapolitseid jälgib. Taas lähen tagasi oma hea sõbra ja tegeliku astrofüüsiku dr Paul Matt Sutteriga. Ta on kirjutanud ettekandeid sellistel teemadel nagu kosmilise koidiku Bayesi analüüs ja magnetilise väljavoolu MHD simulatsioonid. Ta teab oma asju tõesti.

Fraser Cain:
Hei Paul, esimene küsimus: mis on virtuaalsed osakesed?

Paul Matt Sutter:
Olgu. Ei mingit survet, Fraser. Olgu olgu.

Virtuaalsete osakeste kontseptsiooni saamiseks peate tegelikult astuma sammu tagasi ja mõtlema väljale, eriti elektromagnetilisele väljale. Meie praeguses vaates, kuidas universum töötab, on kogu ruum ja aeg sedalaadi taustaväljaga täidetud. Ja see väli võib ringi tiirutada ja võbeleda ja mõnikord on need võnked ja võnked nagu lained, mis levivad edasi, ja me kutsume neid laineid footoniteks või elektromagnetiliseks kiirguseks, kuid mõnikord võib see lihtsalt istuda seal ja teate bloop bloop bloop, lihtsalt teate popi kihiseda sisse ja välja või üles ja alla ning keeda natukene iseseisvalt.

Tegelikult on kogu aeg ruumis seda vaikset põldu ümber mingil moel kerimiseks / kerimiseks. Vaakum ei ole kõige puudumine. Vaakum on just seal, kus see väli on madalaimas energiaseisundis. Kuid isegi kui see on madalaimas energiaseisundis, ehkki keskmiselt pole seal midagi. Sellel ei takista midagi lihtsalt bloop bloop bloop, mida teate mullitavat.

Nii et tegelikult vaakum keeb nende väljadega. Eelkõige elektromagnetiline väli, millest just praegu räägime.

Ja me teame, et footonid, see valgus, võivad muutuda osakesteks, osakestevastasteks paarideks. See võib muutuda elektroniks ja positroniks. Seda saab lihtsalt teha. See võib juhtuda tavaliste footonitega ja võib juhtuda ka selliste ajutiste võnkuvate võbedate footonitega.

Nii et mõnikord võib footon või mõnikord elektromagnetiline väli levida ühest kohast teise ja me kutsume seda footoniks. Ja see footon võib jaguneda positroniks ja elektroniks ning muul juhul võib see lihtsalt oma kohale võnkuda ja siis POP POP-i võnkuda. See hüppab positroniks ja elektroniks ning siis satuvad nad üksteisesse või mis iganes, ja keedavad lihtsalt tagasi alla. Niisiis, võbelemine, popp, kihisev kihk on omamoodi see, mis kogu aeg vaakumis toimub, ja see on nimi, mille me neile virtuaalsetele osakestele anname - tavaline vaakumi taustal tekkiv fozz või staatiline taust.

Fraser:
Okei. Kuidas me näeme tõendusmaterjali virtuaalsete osakeste kohta?

Paul:
Jah, suurepärane küsimus. Me teame, et vaakumil on sellega seotud energia. Me teame, et need virtuaalsed osakesed on mõnel põhjusel alati sisse ja välja lülitatud.

Üks on elektroni üleminek aatomi erinevates olekutes. Kui te aatomit ergastate, hüppab elektron kõrgemasse energiaseisundisse. Sellel elektronil pole mingil põhjusel madalama energiaseisundisse tagasi jõuda. See on juba olemas. See on tegelikult stabiilne riik. Selle lahkumiseks pole põhjust, kui elektromagnetväljas pole vähe võnkeid ja see suudab selle elektroni ümber itsitada, selle kõrgema energia olekust välja lüüa ja saata selle madalamasse olekusse krahhiks.

Veel ühte asja nimetatakse lambaliigese nihkeks ja see on siis, kui võnklikult võbelev elektromagnetväli või virtuaalsed osakesed interakteeruvad taas elektronidega, öeldes vesinikuaatom. See võib neid õrnalt ümber lükata ja see nihe mõjutab elektroni mõnda olekut, mitte teisi olekuid. Ja seal on tegelikult olekuid, mis ütlevad, et teil on täpselt samasugused ütlevad energiaomadused, nad on lihtsalt mingid identsed, kuid kuna lamba nihe interakteerub selle võnklikult võbeda elektromagnetilise välja tõttu ühega neist olekutest, mitte teisega, siis see tegelikult muudab delikaatselt nende olekute energiatasemeid, isegi kui arvata, et need on täiesti samad.

Ja veel üks tõendusmaterjal on footonite footonite hajutamisel - tavaliselt kaks footoni, phweeet, lendavad üksteise kohal. Need on elektriliselt neutraalsed, nii et neil pole põhjust suhelda, kuid mõnikord võivad footonid võnkuda võnkuvateks elektronide / positronite paarideks ja see elektronide / positronide paar võib suhelda teiste footonitega. Nii et mõnikord põrkavad nad teineteiselt minema. See on üliharuldane põhjus, et peate ootama, kuni võnkevibratsioon juhtub õigel ajal, kuid see võib juhtuda.

Fraser:
Kuidas nad siis mustade aukudega suhelda saavad?

Paul:
Hea küll, see on asja tuum. Mis pistmist kõik need virtuaalsed osakesed või võnklikult võnkunud elektromagnetväljad on seotud mustade aukude ja eriti Hawkingi kiirgusega? Kuid kontrollige seda. Hawkingsi selle idee algne sõnastus, et mustad augud võivad kiirgada ja kaotada massi, pole tegelikult midagi pistmist virtuaalsete osakestega. Või ei räägi see otseselt virtuaalsete osakeste paaridest ja tegelikult ei räägi selle protsessi muud formulatsioonid ega moodsamad kontseptsioonid virtuaalsete osakeste paaridest.

Selle asemel räägivad nad rohkem põllust endast ja konkreetsemalt sellest, mis toimub põlluga enne, kui must auk on olemas, mis juhtub sellega, kui must auk moodustub, ja mis juhtub põlluga pärast selle moodustumist. Ja see küsib omamoodi küsimust: Mis juhtub nende välja võnklikult võbelevate bittidega, nagu elektromagnetilise välja vaakumi mööduv keemistemperatuur? Mis saab sellest, kui must auk moodustub?

Mis juhtub, on see, et mõned võbedalt võpatavad bitid jäävad lihtsalt musta augu lähedusse, sündmuse horisondi lähedale, kui see moodustub, ja nad veedavad seal pikka aega ning lõpuks põgenevad. Nii et see võtab natuke aega, kuid kui nad põgenevad seal asuva intensiivse kumeruse, aegruumi intensiivse kõveruse tõttu, võivad nad jõudu suurendada või edendada. Seega, selle asemel, et ajutiselt võbelevalt lehvitada, saavad nad põllul hoogu, et muutuda “päris” osakesteks või “päris” footoniteks. Nii et see on tõesti nagu musta auku moodustumise koosmõju jämedalt võbeleva taustaväljaga, mis lõpuks kaob, kuna see pole musta augu lõksu jäänud.

Lõpuks pääseb see põgenema ja muutub reaalseteks osakesteks. Võite näiteks arvutada, mis juhtub eeldatava osakeste arvuga musta augu sündmushorisondi lähedal. Vastus on eitav arv, mis tähendab, et must auk kaotab massi ja sülitab osakesi välja.

Nüüd on see populaarne kontseptsioon virtuaalsete osakeste paaridest, mis hüppavad ellu ja üks jääb sündmuse horisondi taha. See pole täpselt seotud Hawkingi kiirguse matemaatikaga, kuid see pole ka täpselt vale. Pidage meeles, et elektromagnetväljas olevad võnkumised on seotud nende osakeste ja antiosakeste paaridega, mis pidevalt hüppavad sisse ja välja. Nad käivad käsikäes. Nii et kui räägite põllul võbelevalt võbisevast, räägite ka omamoodi virtuaalsete osakeste tootmisest. Ja see pole täpselt matemaatika, aga teate piisavalt lähedal.

Fraser:
Okei, ja lõpuks, Paul. Mul on vaja, et te puhuksite vaatajate meele juhuslikult õhku. Midagi virtuaalsete osakeste kohta, mis on lihtsalt hämmastav!

Paul:
Olgu. Kas soovite inimeste meelt painutada? Hästi. Säästsin seda viimast. Midagi mahlast, just teile, Fraser.

Vaadake seda, see on veel üks suur tõendusmaterjal nende taustkõikumiste ja virtuaalsete osakeste olemasolu kohta ning seda nimetatakse Casimiri efektiks või Casimiri jõuks.

Te võtate kaks neutraalset metallplaati ja mis juhtub, on kogu ruumi-aja läbiv väli plaatide sees ja väljaspool plaate. Plaatide sees võib olla ainult teatud režiimide lainepikkus. Peaaegu nagu trompeti sisemuses võivad olla ainult teatud režiimid, mis teevad heli. Lainepikkuste otsad peavad ühenduma plaatidega, sest just seda teevad metallplaadid elektromagnetiliste väljade suhtes.

Plaatide väliselt võib teil olla ükskõik milline soovitud lainepikkus. See pole oluline.

See tähendab, et väljaspool plaate on teil lõpmatu arv režiimide võimalikke lainepikkusi. Igasuguseid võimalikke kõikumisi, elektromagnetväljas esinevaid võnkumisi on seal, kuid plaatide sees on plaatide sees ainult teatud lainepikkused.

Nüüd on väljas väljas lõputu arv režiime. Toas on endiselt lõpmatu arv režiime, ainult veidi vähem lõpmatuid režiime. Ja võite võtta lõpmatuse väljastpoolt ja lahutada lõpmatu lõpmatuse seestpoolt ja saada tegelikult lõpliku arvu ning see, mille lõpuks kokku puutute, on surve või jõud, mis viib plaadid kokku. Ja me oleme seda tegelikult mõõtnud. See on tõeline asi ja jah, ma ei tee nalja, võite võtta lõpmatuse miinus erinev lõpmatus ja saada lõpliku arvu. See on võimalik. Üks näide on Euler Mascheroni konstant. Ma julgen seda otsida!

Nii et te lähete, nüüd loodan, et saate aru, mis need virtuaalsed osakesed on, kuidas neid tuvastatakse ja kuidas need aitavad kaasa musta augu aurustumisele.

Ja kui te pole seda juba teinud, klõpsake kindlasti siin ja minge tema kanalile. Leiate kümneid videoid, mis vastavad ühtmoodi mõtlemapanevale küsimusele. Tegelikult saatke oma küsimused ja ta võib lihtsalt teha video ja neile vastata.