Понякога откривам слабото място в моите статии въз основа на имейлите и коментарите, които получават.
Една популярна статия, която направихме, беше свързана с осъзнаването на Стивън Хокинг, че черните дупки трябва да се изпаряват през дълги периоди от време. Говорихме за механизма и споменахме как съществуват тези виртуални частици, които се появяват и излизат от съществуването.
Обикновено тези частици се самоунищожават, но в края на хоризонта на събитията на черната дупка една частица попада вътре, докато друга е свободна да се скита в Космоса. Тъй като не можете да създадете частици от нищо, черната дупка трябва да пожертва малко от себе си, за да купи свободата на тази новообразувана частица.
Но моята кратка статия не беше достатъчна, за да изясня какво точно представляват виртуалните частици. Ясно е, че всички сте искали повече информация. Какво са те? Как се откриват? Какво означава това за черните дупки?
В ситуации като тази, когато знам, че действителната физика наблюдава, обичам да звъня в звънец. За пореден път ще се върна и ще говоря с моя добър приятел и действителния работещ астрофизик, д-р Пол Мат Сътър. Той е написал документи по теми като Байесовски анализ на космическата зора и MHD симулации на магнитни отливи. Той наистина знае своите неща.
Фрейзър Кейн:
Хей Пол, първи въпрос: Какво представляват виртуалните частици?
Пол Мат Сътър:
Добре. Без натиск, Фрейзър. Добре добре.
За да получите концепцията за виртуални частици, всъщност трябва да направите крачка назад и да помислите за полето, особено за електромагнитното поле. В настоящия ни възглед за това как Вселената работи цялото пространство и време е запълнено с този вид фоново поле. И това поле може да се клати и да се разклаща наоколо, а понякога тези колебания и вълнички са като вълни, които се разпространяват напред, и ние наричаме тези вълни фотони или електромагнитно излъчване, но понякога може просто да седи там и знаеш ли цъфтеж на балон, просто знаеш поп свиване навътре и навън, или нагоре и надолу, и някак си вари малко.
Всъщност през цялото време пространството е вид трептене / размахване около това поле дори във вакуум. Вакуумът не е липсата на всичко. Вакуумът е точно там, където това поле е в най-ниското си енергийно състояние. Но въпреки че е в най-ниското енергийно състояние, въпреки че може би средно няма нищо. Няма нищо, което да го спре от самото цъфтящо покритие, което знаете, че се върти наоколо.
Така че всъщност вакуумът е вид кипене с тези полета. По-специално електромагнитното поле, за което говорим в момента.
И ние знаем, че фотоните, тази светлина, могат да се превърнат в двойки частици, анти-частици. Може да се превърне в да кажем електрон и позитрон. Може просто да направи това. Това може да се случи с нормални фотони и може да се случи с този вид временни трептящи фотони.
Така че понякога фотон или понякога електромагнитното поле може да се разпространява от едно място на друго и ние го наричаме фотон. И този фотон може да се раздели на позитрон и електрон, а друг път може просто да пребърква колебания вид на мястото си и след това да премества колебания POP POP. Той изскача в позитрон и електрон и след това те се разбиват един в друг или каквото и да е, и те просто оставят да останат назад. И така, wibble wobble, pop pop, fizz fizz е нещо, което се случва във вакуума през цялото време, и това е името, което даваме на тези виртуални частици, са просто нормален вид фон дьо тен или фонова статична на вакуума.
Фрейзър:
Добре. И така, как виждаме доказателства за виртуални частици?
Пол:
Да, страхотен въпрос. Знаем, че вакуумът има свързана с него енергия. Знаем, че тези виртуални частици винаги се вкарват и не съществуват поради няколко причини.
Единият е преходът на електрона в различни състояния на атома. Ако възбудите атома, електронът изскача до състояние с по-висока енергия. Няма вид този електрон да се върне обратно в по-ниско енергийно състояние. Вече е там. Всъщност е стабилно състояние. Няма причина той да напусне, освен ако в електромагнитното поле няма малки колебания и може да се кикоти около този електрон и да го извади от това по-високо енергийно състояние и да го изпрати да се разбие в по-ниско състояние
Друго нещо се нарича Lamb Shift и това е, когато трептящото трептящо електромагнитно поле или виртуалните частици взаимодействат отново с електроните, например с водороден атом. Тя може леко да ги бута наоколо и това изместване въздейства на някои състояния на електрона, а не на други състояния. И всъщност има състояния, които бихте казали, че имат точно същите енергийни свойства, казват, че те са просто идентични, но тъй като Ламбонатът, заради това трептящо електромагнитно поле взаимодейства с едно от тези състояния, а не с другото, то всъщност фино променя енергийните нива на тези състояния, въпреки че бихте очаквали те да са напълно еднакви.
И още едно доказателство е във фотонно разпръскване на фотони, обикновено два фотона просто лекуват един до друг. Те са електрически неутрални, така че нямат причина да си взаимодействат, но понякога фотоните могат да превключват на колебания в да речем двойки електрон / позитрон и тази двойка електрон / позитрон може да взаимодейства с другите фотони. Затова понякога те отскачат един от друг. Това е супер рядко, защото трябва да изчакате колебанието на wibble да се случи точно в точното време, но може да се случи.
Фрейзър:
И така, как те взаимодействат с черните дупки?
Пол:
Добре, това е сърцето на въпроса. Какво общо имат всички тези виртуални частици или трептящи електромагнитни полета с черни дупки и по-специално радиация на Хокинг? Но проверете това. Оригиналната формулировка на Хокингс на тази идея, че черните дупки могат да излъчват и губят маса, всъщност няма нищо общо с виртуалните частици. Или не говори директно за виртуални двойки частици и всъщност никоя друга формулировка или по-модерни концепции на този процес не говорят за виртуални двойки частици.
Вместо това те говорят повече за самото поле и по-конкретно какво се случва с полето, преди да е налице черната дупка, какво се случва с нея като се образува черната дупка и след това какво се случва с полето, след като се формира. И това нещо задава въпрос: Какво се случва с тези трептящи битове на полето, такива като преходен вид на кипене на вакуума на електромагнитното поле? Какво се случва с нея, когато се образува тази черна дупка?
Е, това, което се случва е, че някои от битовите битове просто се хващат близо до черната дупка, близо до хоризонта на събитията, докато се формира, и прекарват дълго време там и в крайна сметка избягат. Така че отнема известно време, но когато избягат поради интензивната кривина там, интензивната кривина на пространството и времето, те могат да бъдат засилени или повишени. Така че вместо да бъдат временно трептящи, в полето те се усилват да станат „истински“ частици или „истински“ фотони. Така че наистина е като взаимодействие на образуването на самата черна дупка с трептящо трептящо фоново поле, което в крайна сметка избягва, защото не е съвсем хванато от черната дупка.
В крайна сметка тя избягва и се превръща в истински частици и можете да изчислите като това, което се случва с да кажем очаквания брой частици в близост до хоризонта на събитията на черната дупка. Отговорът е отрицателното число, което означава, че черната дупка губи маса и изплюва частици.
Сега тази популярна концепция за виртуални двойки частици изскача да съществува и една се хваща в хоризонта на събитията. Това не е точно обвързано с математиката на радиацията на Хокинг, но и не е точно погрешно. Не забравяйте, че трептенията в електромагнитното поле са свързани с тези двойки частици и анти-частици, които постоянно изскачат и съществуват. Те някак вървят ръка за ръка. Така че, като говорим за колебливо колебание в полето, вие също така нещо като производство на виртуални частици. И не е точно математиката, но знаете достатъчно близо.
Фрейзър:
Добре, и накрая, Пол. Имам нужда от теб просто да надуеш умовете на зрителите. Нещо за виртуалните частици, което е просто невероятно!
Пол:
Добре. Значи искате да огънете умовете на хората? Добре. Спестявах това за последно. Нещо сочно, само за теб, Фрейзър.
Вижте това, това е още едно голямо доказателство за съществуването на тези колебания на фона и съществуването на виртуални частици и това е нещо, което наричаме ефект на Казимир или Казимир сила.
Вземете две неутрални метални пластини и това, което се случва е това поле, което прониква цялото пространство-време, е вътре в плочите и е извън плочите. Вътре в плочите можете да имате само определени дължини на вълните на режимите. Почти като вътрешността на тромпет може да има само определени режими, които издават звук. Краищата на дължините на вълните трябва да се свързват с плочите, защото това правят металните плочи с електромагнитните полета.
Извън плочите можете да имате всяка дължина на вълната, която искате. Няма значение.
Така че означава, че извън плочите имате безкраен брой възможни дължини на вълните на режимите. Има всякакъв вид колебания, колебание на колебание в електромагнитното поле, но вътре в плочите има само определени дължини на вълната, които могат да се поберат вътре в плочите.
Сега навън има безкраен брой режими. Вътре все още има безкраен брой режими, просто малко по-малък безкраен брой режими. И можете да вземете безкрайността от външната страна и да извадите безкрайната безкрайност от вътрешната страна и всъщност да получите ограничено число, а това, което в крайна сметка е, е натиск или сила, която обединява плочите. И всъщност сме измерили това. Това е истинско нещо и да, не се шегувам, можете да вземете безкрайност минус различна безкрайност и да получите ограничено число. Възможно е. Един пример е Euler Mascheroni Constant. Смея да го погледнете!
Ето, сега се надявам да разберете какво представляват тези виртуални частици, как се откриват и как те допринасят за изпаряването на черна дупка.
И ако още не сте го направили, не забравяйте да кликнете тук и да отидете на неговия канал. Ще намерите десетки видеоклипове, отговарящи на еднакво огъващи въпроси. Всъщност изпратете вашите въпроси и той може просто да направи видео и да им отговори.
Podcast (аудио): Изтегляне (Продължителност: 12:26 - 4.8MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (видео): Изтегляне (Продължителност: 12:29 - 205,6MB)
Абонирайте се: Apple Podcasts | Android | RSS
