Іноді я розумію слабке місце в своїх статтях на основі електронних листів та коментарів, які вони отримують.
Одна з популярних нами статей стосувалася усвідомлення Стівена Хокінга, що чорні діри повинні випаровуватися протягом великих періодів часу. Ми поговорили про механізм і згадали, як існують ці віртуальні частинки, які спливають і існують.
Зазвичай ці частинки самостійно знищуються, але на краю горизонту події чорної діри одна частинка потрапляє всередину, а інша вільно бродить по космосу. Оскільки ви не можете створити частинки з нічого, чорній дірі потрібно трохи пожертвувати собою, щоб придбати свободу цієї новоствореної частинки.
Але моєї короткої статті було недостатньо, щоб уточнити, що саме таке віртуальні частинки. Зрозуміло, що ви всі хотіли більше інформації. Хто вони? Як їх виявляють? Що це означає для чорних дір?
У таких ситуаціях, коли я знаю, що насправді спостерігає поліція фізики, я люблю дзвонити в дзвінок. Ще раз я повернусь назад і поговору зі своїм добрим другом та фактичним працюючим астрофізиком, доктором Полом Меттом Саттером. Він написав документи на такі теми, як Байєсівський аналіз космічної зорі та MHD-симуляції магнітних відтоків. Він справді знає свої речі.
Фрейзер Каїн:
Гей Пол, перше запитання: що таке віртуальні частинки?
Пол Метт Саттер:
Добре. Без тиску, Фрейзер. Добре-добре.
Щоб отримати концепцію віртуальних частинок, вам потрібно зробити крок назад і подумати про поле, особливо про електромагнітне поле. У нашому теперішньому уявленні про те, як працює Всесвіт, весь простір і час заповнюється таким видом фонового поля. І це поле може коливатися і коливатися навколо, а іноді ці хвилі та коливання - це як хвилі, що поширюються вперед, і ми називаємо ці хвилі фотонами або електромагнітним випромінюванням, але іноді воно може просто сидіти там, і ви знаєте, що розганяється, як тільки ви знаєте поп вилазити вгору і вгору, або вгору і вниз, і наче трохи відварити все самостійно.
Насправді весь простір є своєрідним викрутуванням / блуканням навколо цього поля навіть у вакуумі. Вакуум - це відсутність всього. Вакуум саме там, де це поле знаходиться в найнижчому енергетичному стані. Але навіть якщо він у найнижчому енергетичному стані, хоча, можливо, в середньому нічого там немає. Ніщо не може зупинити це від простого обтиснення, яке, як ви знаєте, кипить.
Тож насправді вакуум наче кипить із цими полями. Зокрема електромагнітне поле, про яке ми зараз говоримо.
І ми знаємо, що фотони, це світло, можуть перетворитися в пари частинок, античастинок. Він може перетворитися на скажімо електрон і позитрон. Це просто можна зробити. Це може статися з нормальними фотонами, і може трапитися з такими видами тимчасових незграбних фотонів.
Тому іноді фотон або іноді електромагнітне поле можуть поширюватися з одного місця в інше, і ми називаємо його фотоном. І цей фотон може поділитися на позитрон і електрон, і в інший час він може просто перемикати коливання типу на місці, а потім перемикати коливання POP POP. Він спливає в позитрон і електрон, а потім вони врізаються один в одного або що завгодно, і вони просто занурюються назад. Отже, коливання вібла, поп-поп, фіз-фіз - це щось таке, що відбувається у вакуумі весь час, і саме таку назву ми даємо цим віртуальним частинкам - це звичайний вид фонового нечіткості або фонової статики у вакуумі.
Фрейзер:
Добре. То як ми бачимо докази віртуальних частинок?
Пол:
Так, чудове запитання. Ми знаємо, що вакуум має з нею пов’язану енергію. Ми знаємо, що ці віртуальні частинки завжди зникають і існують з кількох причин.
Один - це перехід електрона в різні стани атома. Якщо збуджувати атом, електрон вискакує до стану більш високої енергії. Немає жодних причин, щоб той електрон повернувся до нижчого енергетичного стану. Це вже є Це фактично стабільний стан. Немає підстав для того, щоб він покинув, якщо в електромагнітному полі мало коливань, і він може хихикати навколо цього електрона і вибивати його з цього вищого енергетичного стану і відправляти його вниз в нижчий стан
Інша справа називається "Зміна ягняти", і це коли коливаюче коливання електромагнітного поля або віртуальних частинок знову взаємодіють з електронами, скажімо, атомом водню. Це може м'яко підштовхувати їх навколо, і цей зсув впливає на деякі стани електрона, а не на інші стани. Насправді є такі твердження, що ви б сказали, що мають однакові енергетичні властивості, вони просто ідентичні, але тому що Зміна Ягня, через це хитливо хитке електромагнітне поле взаємодіє з одним із цих станів, а не з іншим, воно насправді тонко змінює енергетичні рівні цих станів, навіть якщо ви очікуєте, що вони будуть повністю однаковими.
І ще один доказ - це фотонне розсіювання фотонів, як правило, два фотони просто летять один на одного. Вони електрично нейтральні, тому у них немає причин взаємодіяти, але іноді фотони можуть перетворюватися на коливання пари електрон / позитрон, і пара електрон / позитрон може взаємодіяти з іншими фотонами. Тому іноді вони відскакують одне від одного. Це дуже рідко, тому що вам доведеться чекати коливання ворушіння в потрібний час, але це може статися.
Фрейзер:
То як вони взаємодіють із чорними дірами?
Пол:
Гаразд, це суть справи. Що стосуються всіх цих віртуальних частинок або коливальних електромагнітних полів з чорними дірами, а саме випромінюванням Хокінга? Але перевірте це. Оригінальна формулювання цієї ідеї Хокінга про те, що чорні діри можуть випромінювати і втрачати масу, насправді не має нічого спільного з віртуальними частинками. Або це не говорить прямо про віртуальні пари частинок, і насправді ніякі інші формулювання або більш сучасні концепції цього процесу не говорять про пари віртуальних частинок.
Натомість вони розповідають більше про саме поле та конкретно, що відбувається з полем до появи чорної діри, що відбувається з нею, як утворюється чорна діра, а потім про те, що відбувається з полем після її формування. І це начебто задає питання: Що відбувається з цими хитними шматочками поля, такими як перехідний вид кипіння вакууму електромагнітного поля? Що з ним відбувається, коли утворюється ця чорна діра?
Ну і що відбувається, це те, що деякі з битових коливань просто потрапляють біля чорної діри, біля горизонту події, як вона формується, і вони проводять там довгий час, і зрештою вони рятуються втечею. Отже, це займає деякий час, але коли вони рятуються через інтенсивну кривизну, інтенсивну кривизну простору-часу, вони можуть бути посиленими або підвищеними. Таким чином, замість того, щоб тимчасово коливатися, вони полегшуються, щоб стати "справжніми" частинками або "реальними" фотонами. Таким чином, це дуже подобається взаємодія утворення самої чорної діри з помаранчевим фоновим полем, яке врешті-решт вирветься, бо не зовсім захоплене чорною дірою.
Врешті-решт вона втече і перетворюється на справжні частинки, і ви можете обчислити, як це відбувається, скажімо, очікувану кількість частинок біля горизонту події чорної діри. Відповідь - негативне число, а це означає, що чорна діра втрачає масу і випльовує частинки.
Тепер ця популярна концепція віртуальних пар частинок спливає до існування і одна потрапляє всередину горизонту подій. Це не точно пов'язане з математикою випромінювання Хокінга, але теж не зовсім помилково. Пам'ятайте, що коливання коливаються в електромагнітному полі пов'язані з цими парами частинок і античастинок, які постійно спливають і існують. Вони ніби йдуть рука об руку. Тож, розмовляючи про коливаюче коливання в полі, ви також начебто говорите про виробництво віртуальних частинок. І це не зовсім математика, але ви знаєте досить близько.
Фрейзер:
Гаразд, і нарешті, Пол. Мені потрібно, щоб ти просто випадковим чином роздував глядачів. Щось про віртуальні частинки, що просто вражає!
Пол:
Добре. Отже, ви хочете згорнути розум людей? Гаразд. Це я економив останнім. Щось соковите, тільки для вас, Фрейзер.
Перевірте це, це ще одне велике свідчення існування цих фонових коливань та існування віртуальних частинок, і це те, що ми називаємо ефектом Казимира або Казиміром Силою.
Ви берете дві нейтральні металеві пластини, і те, що трапляється, це поле, яке пронизує весь простір-час, знаходиться всередині пластин і знаходиться поза плитами. Всередині пластин ви можете мати лише певні довжини хвиль режимів. Майже як у внутрішній частині труби можуть бути лише певні режими, які видають звук. Кінці довжин хвиль повинні з'єднуватися з пластинами, тому що металеві пластини роблять до електромагнітних полів.
Поза плитами у вас може бути будь-яка довжина хвилі. Це не має значення.
Отже, поза плитами у вас є нескінченна кількість можливих довжин хвиль мод. Будь-який можливий вид коливання, коливання коливань в електромагнітному полі є, але всередині пластин це лише певна довжина хвилі, яка може вміщуватися всередині пластин.
Тепер назовні існує нескінченна кількість режимів. Всередині все ще існує нескінченна кількість режимів, просто трохи менша кількість нескінченних режимів. І ви можете взяти нескінченність зовні, і відняти нескінченну нескінченність зсередини, і насправді отримати кінцеве число, і те, в результаті чого ви, це тиск або сила, яка зближує пластини. І ми насправді це виміряли. Це справжня річ, і так, я не жартую, ви можете взяти нескінченність за мінусом різної нескінченності та отримати кінцеве число. Це можливо. Одним із прикладів є Константи Ейлера Масчероні. Я смію тебе це шукати!
Отож, ви сподіваєтесь, тепер я сподіваюся, що ви зрозуміли, що це за віртуальні частинки, як їх виявляють і як вони сприяють випаровуванню чорної діри.
А якщо ви ще цього не зробили, переконайтесь, що натисніть тут і перейдіть до його каналу. Ви знайдете десятки відеозаписів, що відповідають на рівнозначні запитання. Справді, надішліть свої запитання, і він може просто зробити відео та відповісти на них.
Podcast (аудіо): Завантажити (Тривалість: 12:26 - 4,8MB)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (відео): Завантажити (Тривалість: 12:29 - 205,6 МБ)
Підписатися: Apple Podcasts | Android | RSS
