Uneori îmi dau seama de punctul slab din articolele mele pe baza e-mailurilor și comentariilor primite.
Un articol popular pe care l-am făcut a fost acela despre realizarea lui Stephen Hawking că găurile negre trebuie să se evapore pe perioade mari de timp. Am vorbit despre mecanism și am menționat cum există aceste particule virtuale care apar și ies din existență.
În mod normal, aceste particule se anihilează, dar la marginea orizontului evenimentului unei găuri negre, o particulă cade, în timp ce alta este liberă să rătăcească cosmosul. Deoarece nu puteți crea particule din nimic, gaura neagră trebuie să se jertfească puțin pentru a cumpăra libertatea acestei particule nou formate.
Dar articolul meu scurt nu a fost suficient pentru a clarifica care sunt particulele virtuale. În mod clar, toți dorești mai multe informații. Ce sunt ei? Cum sunt detectate? Ce înseamnă asta pentru găurile negre?
În situații de genul acesta, când știu că Poliția de Fizică urmărește, îmi place să sun într-un sunet. Încă o dată, mă voi întoarce și voi vorbi cu bunul meu prieten și cu astrofizicianul care lucrează, Dr. Paul Matt Sutter. A scris lucrări despre subiecte precum Analiza Bayesiană a Zorii Cosmice și Simulările MHD ale Ieșirilor Magnetice. Știe cu adevărat lucrurile lui.
Caină Fraser:
Hei Paul, prima întrebare: Ce sunt particulele virtuale?
Paul Matt Sutter:
În regulă. Fără presiune, Fraser. Bine bine.
Pentru a obține conceptul de particule virtuale, trebuie să faceți un pas înapoi și să vă gândiți la câmp, în special la câmpul electromagnetic. În viziunea noastră actuală despre modul în care universul funcționează tot spațiul și timpul este completat de acest tip de câmp de fundal. Și acest câmp se poate învârti și se învârte în jur, iar uneori aceste vârfuri și vată sunt ca niște valuri care se propagă înainte, și numim aceste valuri fotoni sau radiații electromagnetice, dar uneori poate sta doar acolo și știi că bloop bloop bloop, doar știi pop fizzle înăuntru și în afară, sau în sus și în jos, și un fel de fierbere puțin singur.
De fapt, tot spațiul de timp este un fel de vibrație / ondulare în jurul acestui câmp, chiar și în vid. Un vid nu este absența tuturor. Vacumul este exact acolo unde acest câmp se află în cea mai scăzută stare energetică. Dar, chiar dacă este în cea mai scăzută stare energetică, chiar dacă, în medie, nu există nimic acolo. Nu există nimic care să-l oprească de la un singur fluturaș, pe care îl știi să bârlească.
Deci, de fapt, vidul este cam fierbător cu aceste câmpuri. În special câmpul electromagnetic despre care vorbim acum.
Și știm că fotonii, acea lumină, se pot transforma în perechi de particule, anti-particule. Se poate transforma în electroni și pozitron. Poate face asta. Se poate întâmpla cu fotoni obișnuiți și se poate întâmpla cu astfel de fotoni temporari, vibrați.
Deci, uneori, un foton sau alteori câmpul electromagnetic se poate propaga dintr-un loc în altul și îl numim foton. Și fotonul se poate împărți într-un pozitron și într-un electron, iar alteori poate doar să se înfășoare un fel de loc în loc și apoi să se poată wobble POP POP. Se deschide într-un pozitron și un electron și apoi se prăbușesc unul în celălalt sau în orice altceva, și pur și simplu se fierb înapoi. Deci, wobble wobble, pop pop, fizz fizz sunt un fel de ceea ce se întâmplă în vid tot timpul, iar acesta este numele pe care îl dăm acestor particule virtuale, fiind doar un tip normal de fundal fuzz sau fundal static la vid.
Fraser:
Bine. Deci, cum vedem dovezi pentru particule virtuale?
Paul:
Da, mare întrebare. Știm că vidul are o energie asociată cu acesta. Știm că aceste particule virtuale sunt mereu pătrunzând și existând din câteva motive.
Una este tranziția electronului în diferite stări ale atomului. Dacă excitați atomul, electronul apare până la o stare de energie mai mare. Nu există niciun motiv pentru ca electronul să se întoarcă până la o stare de energie mai mică. Este deja acolo. Este de fapt o stare stabilă. Nu există niciun motiv să plece, cu excepția cazului în care în câmpul electromagnetic există mici vârtejuri vibrabile și poate râde în jurul acelui electron și să-l doboare din acea stare de energie mai mare și să-l trimită prăbușindu-se într-o stare inferioară
Un alt lucru se numește Shift Lamb și acest lucru se întâmplă atunci când câmpul electromagnetic vibrabil vibrant sau particulele virtuale interacționează din nou cu electronii, spunând un atom de hidrogen. Poate să-i înnebunească ușor și această schimbare afectează unele stări ale electronului și nu alte stări. Și există de fapt că ai spune că ar avea exact aceleași proprietăți energetice de a spune, sunt doar identice, dar pentru că Shift Lamb, din cauza acestui câmp electromagnetic vibrant interacționează cu una dintre aceste stări și nu cu cealaltă, de fapt schimbă subtil nivelurile de energie ale acestor state, chiar dacă te-ai aștepta să fie complet aceleași.
Și o altă dovadă este în distribuirea fotonilor de fotoni, de obicei, doi fotoni doar, phweeet, zboară unul de celălalt. Sunt neutre din punct de vedere electric, deci nu au niciun motiv să interacționeze, dar uneori fotonii se pot muta în perechi de electroni / pozitroni, iar acea pereche electron / pozitron poate interacționa cu ceilalți fotoni. Așadar, uneori, se dau peste cap. Este foarte rar, deoarece trebuie să aștepți ca wobble-ul să se întâmple la momentul potrivit, dar se poate întâmpla.
Fraser:
Deci, cum interacționează cu găurile negre?
Paul:
Bine, aceasta este inima problemei. Ce au toate aceste particule virtuale sau câmpuri electromagnetice vibrabile cu găurile negre, și în special radiațiile Hawking? Dar verifică asta. Hawkings formularea originală a acestei idei potrivit căreia găurile negre pot radia și pierde masă nu are nicio legătură cu particulele virtuale. Sau nu vorbește direct despre perechi de particule virtuale și, de fapt, nu există alte formulări sau concepții mai moderne ale acestui proces despre perechi de particule virtuale.
În schimb, vorbesc mai mult despre câmpul în sine și mai exact despre ceea ce se întâmplă cu câmpul înainte ca gaura neagră să fie acolo, ce se întâmplă cu el când se formează gaura neagră și apoi ce se întâmplă cu câmpul după ce este format. Și se pune o întrebare: Ce se întâmplă cu aceste bucăți vibrante de câmp, cum ar fi natura trecătoare de fierbere a vidului câmpului electromagnetic? Ce se întâmplă cu el, când se formează acea gaură neagră?
Ei bine, ceea ce se întâmplă este că unele dintre bucățile vibrabile sunt doar prinse aproape de gaura neagră, lângă orizontul evenimentului, așa cum se formează, și petrec mult timp acolo și, în cele din urmă, scapă. Așa că este nevoie de ceva timp, dar atunci când scapă din cauza curburii intense de acolo, a curburii intense a spațiului-timp, ele pot fi stimulate sau promovate. Așadar, în loc să fie temporar în mod vibrat, în câmp, ele sunt stimulate să devină particule „reale” sau fotoni „reali”. Deci este o interacțiune a formării găurii negre în sine cu câmpul de fundal vibrat, care scapă în cele din urmă, deoarece nu este destul de prins de gaura neagră.
În cele din urmă, acesta scapă și devine transformat în particule reale și puteți calcula cum se întâmplă spunând numărul preconizat de particule în apropierea orizontului eveniment al găurii negre. Răspunsul este numărul negativ, ceea ce înseamnă că gaura neagră pierde din masă și scuipă particule.
Acum această concepție populară despre perechile de particule virtuale apar în existență și una prinsă în orizontul evenimentului. Acest lucru nu este legat exact de matematica radiațiilor Hawking, dar nici nu este greșit. Amintiți-vă că wobbly wobbly în câmpul electromagnetic sunt legate de aceste perechi de particule și anti-particule care apar constant și în afara existenței. Ei cam merg mână în mână. Așadar, vorbind despre vibrație în câmp, veți vorbi și despre producția de particule virtuale. Și nu este exact matematica, dar știi suficient de aproape.
Fraser:
Bine, și în sfârșit, Paul. Am nevoie de tine să arunci în mod aleatoriu mintea telespectatorilor. Ceva despre particule virtuale este uimitor!
Paul:
În regulă. Deci vrei să îndoiți mintea oamenilor? In regula. Am economisit asta pentru ultima dată. Ceva suculent, doar pentru tine, Fraser.
Vedeți acest lucru, este o altă dovadă importantă pe care o avem pentru existența acestor fluctuații de fond și pentru existența particulelor virtuale și este ceea ce numim efectul Casimir sau Forța Casimir.
Luați două plăci metalice neutre și ceea ce se întâmplă este acest câmp care pătrunde în tot timpul spațiului în interiorul plăcilor și se află în afara plăcilor. În interiorul plăcilor, puteți avea doar anumite lungimi de undă ale modurilor. Aproape ca interiorul unei trompete poate avea doar anumite moduri care să sune. Capetele lungimilor de undă trebuie să se conecteze la plăci, deoarece asta face plăcile metalice cu câmpurile electromagnetice.
În afara plăcilor puteți avea orice lungime de undă doriți. Nu contează.
Deci înseamnă că în afara plăcilor aveți un număr infinit de lungimi de undă posibile ale modurilor. Fiecare tip de fluctuație posibilă, ondulabil în câmpul electromagnetic există, dar în interiorul plăcilor sunt doar anumite lungimi de undă care se pot încadra în plăci.
Acum, afară, există un număr infinit de moduri. În interior, există încă un număr infinit de moduri, doar puțin mai puțin număr infinit de moduri. Și puteți lua infinitul pe dinafară și scădea infinitul infinit pe dinăuntru și obțineți de fapt un număr finit, iar ceea ce terminați este o presiune sau o forță care aduce plăcile la un loc. Și am măsurat de fapt acest lucru. Acesta este un lucru real și, da, nu glumesc, poți lua infinitul minus o infinitate diferită și să obții un număr finit. Este posibil. Un exemplu este Euler Mascheroni Constant. Îndrăznesc să o privești!
Așa că mergeți, acum sper să înțelegeți care sunt aceste particule virtuale, cum sunt detectate și cum contribuie la evaporarea unei găuri negre.
Și dacă nu ați făcut-o deja, asigurați-vă că faceți clic aici și accesați canalul său. Veți găsi zeci de videoclipuri care răspund la întrebări la fel de sensibile. De fapt, trimiteți-vă întrebările și el ar putea face un videoclip și le va răspunde.
Podcast (audio): descărcare (durata: 12:26 - 4.8MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
Podcast (video): descărcare (durata: 12:29 - 205.6MB)
Abonare: Podcast-uri Apple | Android | RSS
