Понекад у својим чланцима утврдим слабо место на основу е-порука и коментара које добијају.
Један популарни чланак који смо учинили био је о схватању Степхена Хавкинга да црне рупе морају испарити током дугог временског периода. Разговарали смо о механизму и поменули смо како постоје ове виртуелне честице које искачу и излазе из њих.
Обично се те честице само уништавају, али на ивици хоризонта црне рупе једна честица пада унутра, док је друга слободна лутати космосом. Пошто не можете да створите честице из ничега, црна рупа мора да жртвује мало себе како би купила слободу ове новостечене честице.
Али мој кратки чланак није био довољан да појасним тачно шта су виртуелне честице. Јасно, сви сте желели више информација. Шта су они? Како су откривени? Шта ово значи за црне рупе?
У ситуацијама попут ове, кад знам да стварна полиција физике посматра, волим звати звона. Још једном, вратићу се и разговарати са мојим добрим пријатељем и стварним радним астрофизиком, др. Паул Матт Суттер. Написао је радове на теме попут Баиесове анализе космичке зоре и МХД симулације магнетних одлива. Он стварно зна своје ствари.
Фрасер Цаин:
Хеј Паул, прво питање: Шта су виртуелне честице?
Паул Матт Суттер:
У реду. Нема притиска, Фрасер. Ок ОК.
Да бисте добили концепт виртуалних честица, морате направити корак уназад и размислити о пољу, посебно електромагнетном пољу. У нашем тренутном погледу на то како свемир делује читав простор и време је испуњено оваквим позадинским пољем. И ово поље може да вибрира и да маше около, а понекад су ове талас и таласји попут таласа који се шире напред, а ове таласе називамо фотонима или електромагнетним зрачењем, али понекад то може само да седне и знате да се спутавају крпељи, само знате поп гужвати унутра и ван, или горе и доле, и некако мало прокухати.
У ствари, све време простор некако врви / лута око овог поља чак и у вакууму. Вакуум није одсуство свега. Вакуум је управо тамо где је ово поље у најнижем енергетском стању. Али иако је у оном стању с најнижом енергијом, иако можда у просеку тамо нема ништа. Ништа га не спречава да се само пукне обруб цвећа за који знате да вијуга около.
У ствари, вакуум некако вре с овим пољима. Нарочито о електромагнетном пољу о чему управо сада говоримо.
А знамо да се фотони, та светлост, могу претворити у парове честица, честица. Може се претворити у рећи електрона и позитрона. То може само ово. То се може догодити нормалним фотонима, а може се догодити и са оваквим привременим крхотиним крхотинама.
Тако понекад фотон или понекад електромагнетно поље може да се шири с једног места на друго, а ми то називамо фотоном. А тај се фотон може одвојити у позитрон и електрон, а други пут може само пребрисати колебање на месту и онда избрисати колебање ПОП ПОП. Она искаче у позитрон и електрон, а затим се сруше један на другог или на све друго, и само се поклопе назад. Значи, колебање виблом, поп поп, физз физз је врста оног што се догађа у вакууму све време, и то је име које овим виртуелним честицама дајемо само нормалну врсту позадинске фуге или позадинске статичке вакуума.
Фрасер:
Добро. Па како видимо доказе за виртуалне честице?
Паул:
Да, сјајно питање. Знамо да вакуум има енергију повезану са тим. Знамо да се ове виртуалне честице из неколико разлога увек уклапају и излазе из њих.
Један је прелазак електрона у различитим стањима атома. Ако узбудите атом, електрон ће искочити у стање више енергије. Не постоји никакав разлог да се тај електрон спусти до нижег енергетског стања. Већ је тамо. Заправо је стабилно стање. Нема разлога за то да оде, осим ако у електромагнетном пољу није мало колебања и може се грлити око тог електрона и избацити га из тог вишег енергетског стања и послати га да падне у ниже стање
Још једна ствар се назива Ламб Схифт, и то је када магловито електромагнетско поље или виртуалне честице поновно комуницирају са електронима, рецимо атомом водоника. Може их лагано гурнути около, а овај помак утиче на нека стања електрона, а не на друга стања. А заправо постоје стања за која бисте рекли да имају потпуно иста енергетска својства, они су једноставно идентична, али зато што Јагњећа смена, због овог опако магловитог електромагнетног поља, комуницира са једним од тих стања, а не са другим, заправо суптилно мијења нивое енергије тих стања иако бисте очекивали да ће они бити потпуно исти.
А још један доказ је у разбацивању фотона који фотон обично лете један поред другог. Електрично су неутрални, тако да немају разлога за интеракцију, али понекад фотони могу да се померају у рецимо пара електрона / позитрона, а тај пар електрона / позитрона може да комуницира са осталим фотонима. Тако се понекад одбијају један од другог. То је врло ретко јер морате да сачекате да се колебање помера у правом тренутку, али може се догодити.
Фрасер:
Па како они комуницирају са црним рупама?
Паул:
У реду, у томе је срж ствари. Какве везе ове виртуалне честице или магловито електромагнетна поља имају везе са црним рупама, а посебно Хавкинговим зрачењем? Али погледајте ово. Хокингова оригинална формулација ове идеје да црне рупе могу зрачити и изгубити масу у ствари нема никакве везе са виртуелним честицама. Или не говори директно о виртуалним паровима честица, а заправо нити једна друга формулација или модерније концепције овог процеса не говоре о виртуалним паровима честица.
Уместо тога, они разговарају више о самом пољу и конкретно ономе што се догађа на пољу пре него што је црна рупа, шта се дешава с тим док се формира црна рупа, а затим о ономе што се догађа са пољем након што је формирано. И некако поставља питање: Шта се дешава са овим бљештавим битовима поља, попут прелазне врсте кључања у вакууму електромагнетног поља? Шта се догађа с тим када се формира црна рупа?
Па, оно што се догађа је да се неки комадно бљедолики битови само ухвате близу црне рупе, близу хоризонта догађаја како се формира, и тамо проводе дуго времена, а на крају ипак побјегну. Тако треба неко време, али када побегну због интензивне закривљености тамо, интензивне закривљености простора-времена, могу се појачати или напредовати. Тако да уместо да буду привремено колебљиви, на терену се појачавају да постану „стварне“ честице или „стварни“ фотони. Дакле, то је заиста попут интеракције формирања саме црне рупе са кружно трепавим позадинским пољем, које на крају измиче јер црна рупа није баш заробљена.
На крају он побјегне и претвара се у праве честице, а можете израчунати као што се догађа с рецимо очекиваним бројем честица близу хоризонта догађаја црне рупе. Одговор је негативан број, што значи да црна рупа губи масу и излијева честице.
Сада је та популарна концепција виртуалних парова честица која се појављују и једна се заглавила у хоризонту догађаја. То није баш везано за математику Хокингове радијације, али није ни погрешно. Запамтите да трепери у електромагнетном пољу су повезани са тим паровима честица и анти честица које непрестано искачу и излазе из постојања. Некако иду од руке. Дакле, говорећи о колебљиво колебљивим на терену, такође некако причате о производњи виртуалних честица. И није баш математика, али знате довољно близу.
Фрасер:
Ок, и на крају, Паул. Треба ми само да случајно провали ум гледаоцима. Нешто о виртуалним честицама што је једноставно задивљујуће!
Паул:
У реду. Значи, желите да савијате умове људи? У реду. Задњи пут сам штедио ово. Нешто сочно, само за тебе, Фрасер.
Погледајте ово, имамо још један велики доказ о постојању ових флуктуација позадине и постојању виртуалних честица, и то је оно што називамо ефектом Цасимира или Цасимировом силом.
Узмете две неутралне металне плоче, а оно што се догађа је да ово поље које прожима сав простор-време, налази се унутар плоча, а изван је плоча. Унутар плоча можете имати само одређене таласне дужине модова. Скоро као да унутрашњост трубе може имати само одређене режиме који стварају звук. Крајеви таласних дужина морају се повезати са плочама, јер то раде металне плоче са електромагнетним пољем.
Изван плоча можете имати било коју таласну дужину коју желите. Није битно.
Значи да ван плоча имате бесконачан број могућих таласних дужина модова. Постоји свака врста колебања, колебања у електромагнетном пољу, али унутар плоча постоје само одређене таласне дужине које се могу уклопити унутар плоча.
Сада напољу постоји бесконачан број модова. Унутра је још увек бесконачан број модова, само нешто мање бесконачан број модова. А можете да узмете бесконачност споља и одузмете бесконачну бесконачност изнутра, и уствари добијете коначан број, а оно што на крају завршите је притисак или сила која спаја плоче. И ми смо то заправо измерили. То је права ствар, и да, не шалим се око тога, можете узети бесконачност минус другу бесконачност и добити коначан број. То је могуће. Један пример је Еулер Масцхерони Цонстант. Усуђујем се да погледаш горе!
Дакле, надам се да сада разумете шта су ове виртуалне честице, како су откривене и како доприносе испаравању црне рупе.
А ако већ нисте, обавезно кликните овде и идите на његов канал. Наћи ћете десетине видео снимака који одговоре на једнако савијајућа питања. У ствари, пошаљите своја питања и он ће можда само снимити видео и одговорити на њих.
Подцаст (аудио): Преузимање (Трајање: 12:26 - 4,8МБ)
Претплатите се: Аппле Подцастс | Андроид | РСС
Подцаст (видео): Преузимање (Трајање: 12:29 - 205,6МБ)
Претплатите се: Аппле Подцастс | Андроид | РСС
