KAJ SO NAVIDEZNI DELCI?

Send

Včasih v svojih člankih zasledim šibko točko na podlagi e-poštnih sporočil in komentarjev, ki jih prejmejo.

En priljubljen članek, ki smo ga storili, je bil o spoznanju Stephena Hawkinga, da morajo črne luknje v velikih časovnih obdobjih izhlapevati. Govorili smo o mehanizmu in omenili, kako obstajajo ti navidezni delci, ki se pojavljajo in izstopajo.

Običajno se ti delci uničijo, vendar na robu obzorja črne luknje en delček pade noter, drugi pa se lahko sprehaja po kozmosu. Ker ne morete ustvariti delcev iz nič, mora črna luknja žrtvovati nekaj samega sebe, da kupi svobodo tega novo nastalega delca.

Toda moj kratki članek ni bil dovolj, da bi natančno razjasnil, kaj so virtualni delci. Jasno, vsi ste želeli več informacij. Kaj so oni? Kako jih zaznamo? Kaj to pomeni za črne luknje?

V takih situacijah, ko vem, da jih fizična policija opazuje, rad kličem v zvonjenje. Še enkrat se bom vrnil in se pogovarjal s svojim dobrim prijateljem in dejanskim delovnim astrofizikom, dr. Paul Mattom Sutterjem. Napisal je prispevke na teme, kot sta Bayesova analiza kozmične zore in MHD simulacije magnetnih odlivov. Resnično pozna svoje stvari.

Fraser Cain:
Hej Paul, prvo vprašanje: Kaj so navidezni delci?

Paul Matt Sutter:
Vredu. Brez pritiska, Fraser. OK ok.

Če želite dobiti koncept virtualnih delcev, morate dejansko storiti korak nazaj in razmišljati o polju, zlasti o elektromagnetnem polju. V našem trenutnem pogledu na to, kako vesolje deluje ves prostor in čas, je zapolnjeno s tovrstnim poljem ozadja. In to polje lahko vibrira in maha okoli, včasih pa so te vibracije in valovi kot valovi, ki se širijo naprej, in mi imenujemo te valove fotone ali elektromagnetno sevanje, včasih pa lahko samo sede in tam veš, kje se širi, samo veš pop zmečkati sem in tja ali gor ali dol in nekako skuhajte sami.

Dejansko je ves čas prostor nekako tresenje / mahanje po tem polju tudi v vakuumu. Vakum ni odsotnost vsega. Vakuum je tam, kjer je to polje v najnižjem energijskem stanju. A čeprav je v najslabšem energijskem stanju, čeprav morda v povprečju ni ničesar. Ničesar ne preprečuje, da bi se samo prelival s karirastim blopom, ki ga poznaš.

Tako dejansko vakuum nekako vre s temi polji. Zlasti o elektromagnetnem polju, o katerem trenutno govorimo.

In vemo, da se fotoni, ta svetloba, lahko spremenijo v parce delcev, delce. Lahko se spremeni v recimo elektron in pozitron. To lahko samo stori. Lahko se zgodi z običajnimi fotoni, zgodi pa se lahko tudi za tovrstne začasne moteče fotone.

Torej se včasih foton ali včasih elektromagnetno polje lahko širi iz enega kraja v drugega, mi pa mu rečemo foton. In ta foton se lahko razcepi v pozitrona in elektrona, drugič pa lahko samo zbriše nihanje in namesto tega prebriše POP POP. Pojavi se v pozitronu in elektronu, nato pa se zrušijo drug v drugega ali karkoli drugega, in le počasi dušita nazaj. Torej, vibriranje z nihanjem, pop pop, fizz fizz je nekako tisto, kar se v vakuumu dogaja ves čas, in to je ime, ki mu dajemo te navidezne delce le običajna vrsta utripa ozadja ali statičnega ozadja v vakuumu.

Fraser:
V redu. Kako torej vidimo dokaze za navidezne delce?

Pavel:
Ja, super vprašanje. Vemo, da ima vakuum energijo, povezano s tem. Vemo, da se ti navidezni delci iz nekaj razlogov vedno vstanejo in izstopijo.

Eden je prehod elektrona v različnih stanjih atoma. Če vzbudite atom, se elektron dvigne v višje energijsko stanje. Ni razloga, da bi se ta elektron vrnil nazaj v nižje energijsko stanje. Je že tam. V resnici je stabilno stanje. Ni razloga, da bi zapustil, razen če je v elektromagnetnem polju malo tresenja in se lahko vrti okoli tega elektrona in ga izpusti iz tega višjega energetskega stanja in ga pošlje v nižje stanje

Druga stvar se imenuje Lamb Shift, in to je, ko močno vibrirajoče elektromagnetno polje ali navidezni delci ponovno sodelujejo z elektroni, recimo atomom vodika. Lahko jih nežno potisne okoli, ta premik pa vpliva na nekatera stanja elektrona in ne na druga stanja. In dejansko obstajajo stališča, za katera bi rekli, da imajo povsem enake energijske lastnosti, ki so nekako enake, a ker Lamb Shift zaradi tega močno sunkovito elektromagnetnega polja deluje z enim od teh stanj in ne z drugim, to dejansko subtilno spreminja energijske ravni teh stanj, čeprav bi pričakovali, da bodo popolnoma enaka.

In še en dokaz je v razkroju fotonov, ki ponavadi dva fotona leteta drug ob drugem. Električno so nevtralni, zato nimajo razloga za medsebojno delovanje, včasih pa se fotoni lahko spreminjajo v paralelne pare elektronov / pozitronov, par elektronov / pozitronov pa lahko medsebojno deluje z drugimi fotoni. Tako se včasih odbijajo drug od drugega. Zelo redko je, ker moraš počakati, da se utripanje lahko zgodi ravno ob pravem času, vendar se lahko zgodi.

Fraser:
Kako torej komunicirajo s črnimi luknjami?

Pavel:
V redu, to je bistvo zadeve. Kaj imajo vsi ti virtualni delci ali magnetno elektromagnetna polja povezana s črnimi luknjami in še posebej s Hawkingovim sevanjem? Toda preverite to. Izvirna formulacija te ideje, da črne luknje lahko zračijo in izgubljajo maso, dejansko nima nobene zveze z virtualnimi delci. Ali pa ne govori neposredno o virtualnih parih delcev, pravzaprav nobena druga formulacija ali sodobnejši pojmi tega procesa ne govorijo o virtualnih parih delcev.

Namesto tega govorijo več o samem polju in konkretno o tem, kaj se dogaja z njo, preden se pojavi črna luknja, kaj se dogaja z njo, ko nastane črna luknja, in o tem, kaj se zgodi s poljem, ko se oblikuje. In nekako postavlja vprašanje: Kaj se zgodi s temi blatnimi koščki polja, kot so tihočasne vrste vrelišča vakuuma elektromagnetnega polja? Kaj se zgodi z nastajanjem črne luknje?

No, kaj se zgodi, je, da se nekateri blatni koščki lebdejo preprosto ujamejo v bližini črne luknje, blizu obzorja dogodkov, ko se oblikuje, in tam preživijo dolgo časa, na koncu pa pobegnejo. Torej traja nekaj časa, ko pa pobegnejo zaradi tamkajšnje intenzivne ukrivljenosti, intenzivne ukrivljenosti prostora in časa, se lahko povečajo ali spodbujajo. Torej, namesto da bi bili začasno nihajoči, se v polju pojavijo "pravi" delci ali "pravi" fotoni. Torej je v resnici všeč interakcija nastajanja same črne luknje z neogibnim poljubnim poljem ozadja, ki sčasoma pobegne, ker črna luknja ni čisto ujeta.

Sčasoma pobegne in se spremeni v prave delce in lahko izračunaš, kot se zgodi s recimo pričakovanim številom delcev blizu obzorja črne luknje. Odgovor je negativno število, kar pomeni, da črna luknja izgublja maso in izpljune delce.

Zdaj se ta priljubljena zasnova virtualnih parov delcev pojavlja in eden se ujame v obzorju dogodkov. To tudi ni ravno povezano z matematiko Hawkingovega sevanja, ampak tudi ni ravno narobe. Ne pozabite, da so tresenja v elektromagnetnem polju povezana s temi pari delcev in proti delci, ki nenehno izvirajo in obstajajo. Nekako gredo z roko v roki. Torej, ko govorite o tem, da so na tem poljubni vibri, prav tako nekako govorite o proizvodnji virtualnih delcev. In to ni ravno matematika, ampak veste dovolj blizu.

Fraser:
Ok, in končno, Paul. Potrebujem te, da samo naključno razneseš misli gledalcev. Nekaj o virtualnih delcih, kar je prav neverjetno!

Pavel:
Vredu. Torej želite upogniti pamet ljudi? V redu. To sem zadnjič varčeval. Nekaj sočnega, samo zate, Fraser.

Oglejte si, to je še en velik dokaz za obstoj teh nihanj v ozadju in za navidezne delce, in temu pravimo učinek Casimirja ali Casimirjeva sila.

Vzamete dve nevtralni kovinski plošči, in kaj se zgodi, je to polje, ki prežema ves prostor-čas, znotraj plošč in zunaj plošč. Znotraj plošč lahko imate le določene valovne dolžine načinov. Skoraj tako kot notranjost trobente ima lahko le določene načine, ki oddajajo zvok. Konci valovnih dolžin se morajo povezati s ploščami, saj to počnejo kovinske plošče z elektromagnetnimi polji.

Zunaj plošč lahko imate katero koli valovno dolžino. Ni pomembno.

Torej pomeni, da zunaj plošč imate neskončno število možnih valovnih dolžin načinov. Obstajajo vse vrste nihanja in nihanja v elektromagnetnem polju, znotraj plošč pa so v ploščah le določene valovne dolžine.

Zdaj zunaj je neskončno število načinov. V notranjosti je še vedno neskončno število načinov, le nekoliko manj neskončnega števila načinov. In lahko vzamete neskončnost na zunanji strani in odštejete neskončno neskončnost na notranji strani in dejansko dobite končno število, kar končate s pritiskom ali silo, ki združuje plošče. In to smo dejansko izmerili. To je resnična stvar in ja, ne šalim se, lahko vzamete neskončnost minus drugo neskončnost in dobite končno število. Mogoče je. En primer je Euler Mascheroni Constant. Drznem si, da bi ga pogledali!

Torej, zdaj upam, da razumete, kaj so ti navidezni delci, kako so odkriti in kako prispevajo k izhlapevanju črne luknje.

Če še niste, kliknite tukaj in pojdite na njegov kanal. Našli boste na desetine videoposnetkov, ki odgovarjajo na enako kriva vprašanja. Dejansko pošljite svoja vprašanja in on bo morda le posnel video in nanje odgovoril.