Kadang-kadang saya mengetahui titik lemah dalam artikel saya berdasarkan e-mel dan komen yang mereka terima.
Satu artikel popular yang kami lakukan adalah mengenai kesedaran Stephen Hawking bahawa lubang hitam mesti menguap dalam jangka masa yang panjang. Kami membincangkan mekanisme tersebut, dan menyebutkan bagaimana terdapat zarah maya yang muncul dan tidak wujud.
Biasanya zarah-zarah ini memusnahkan diri, tetapi di pinggir cakrawala peristiwa lubang hitam, satu zarah jatuh, sementara satu zarah bebas mengembara di alam semesta. Oleh kerana anda tidak dapat membuat zarah dari apa-apa, lubang hitam perlu mengorbankan sedikit sebanyak untuk membeli kebebasan zarah yang baru terbentuk ini.
Tetapi artikel pendek saya tidak cukup untuk menjelaskan apa sebenarnya zarah maya. Jelas sekali, anda semua mahukan lebih banyak maklumat. Apakah mereka? Bagaimana mereka dikesan? Apa maksudnya ini untuk lubang hitam?
Dalam situasi seperti ini, ketika saya mengetahui Polis Fizik yang sebenarnya sedang menonton, saya suka memanggil dengan nada dering. Sekali lagi, saya akan kembali dan bercakap dengan rakan baik saya, dan ahli astrofizik yang bekerja, Dr. Paul Matt Sutter. Dia telah menulis makalah mengenai subjek seperti Bayesian Analysis of Cosmic Dawn dan MHD Simulations of Magnetic Outflow. Dia betul-betul tahu barangnya.
Fraser Cain:
Hai Paul, soalan pertama: Apa itu zarah maya?
Paul Matt Sutter:
Baiklah. Tanpa tekanan, Fraser. Baiklah, okey.
Untuk mendapatkan konsep partikel maya, anda sebenarnya harus mengambil langkah mundur dan memikirkan medan, terutamanya medan elektromagnetik. Dalam pandangan kita sekarang tentang bagaimana alam semesta berfungsi semua ruang dan masa dipenuhi dengan bidang latar belakang semacam ini. Dan bidang ini dapat bergetar dan bergoyang-goyang, dan kadang-kadang gelombang dan gelombang ini seperti gelombang yang merambat ke hadapan, dan kita memanggil gelombang ini sebagai foton atau radiasi elektromagnetik, tetapi kadang-kadang ia hanya boleh duduk di sana dan anda tahu bloop bloop bloop, hanya anda tahu pop mendidih masuk dan keluar, atau naik dan turun, dan mendidih sedikit dengan sendirinya.
Sebenarnya semua ruang waktu adalah semacam goyah / goyangan di sekitar bidang ini walaupun dalam keadaan hampa. Kekosongan bukanlah ketiadaan segalanya. Kekosongan hanya di mana medan ini berada dalam keadaan tenaga terendah. Tetapi walaupun dalam keadaan tenaga paling rendah, walaupun rata-rata mungkin tidak ada apa-apa. Tidak ada yang menghalangnya daripada hanya bloop bloop yang anda tahu menggelegak.
Jadi sebenarnya kekosongan semacam mendidih dengan ladang ini. Terutama medan elektromagnetik yang sedang kita bicarakan sekarang.
Dan kita tahu bahawa foton, cahaya itu, boleh berubah menjadi pasangan zarah, anti zarah. Ia boleh berubah menjadi elektron dan positron. Ia hanya boleh melakukan ini. Ia boleh berlaku pada foton normal, dan boleh berlaku pada foton goyang sementara jenis ini.
Jadi kadangkala foton atau kadangkala medan elektromagnetik dapat menyebarkan dari satu tempat ke tempat lain, dan kita menyebutnya sebagai foton. Dan foton itu boleh berpecah menjadi positron dan elektron, dan pada masa lain ia hanya dapat menggoyangkan jenis goyangan dan kemudian menggerakkan POP POP yang bergetar. Ia muncul ke positron dan elektron dan kemudian mereka bertabrakan antara satu sama lain atau apa sahaja, dan mereka hanya mendidih ke bawah. Jadi, goyangan, pop pop, fizz fizz adalah jenis apa yang berlaku di dalam vakum sepanjang masa, dan itulah nama yang kami berikan kepada zarah-zarah maya ini hanyalah jenis latar belakang kabur biasa atau latar belakang yang statik ke ruang hampa.
Fraser:
Baik. Jadi bagaimana kita melihat bukti untuk zarah maya?
Paulus:
Ya, soalan yang bagus. Kita tahu bahawa vakum mempunyai tenaga yang berkaitan dengannya. Kami tahu bahawa zarah-zarah maya ini selalu keluar dan tidak wujud kerana beberapa sebab.
Salah satunya ialah peralihan elektron dalam keadaan atom yang berlainan. Sekiranya anda mengujakan atom, elektron akan naik ke keadaan tenaga yang lebih tinggi. Tidak ada alasan untuk elektron itu turun kembali ke keadaan tenaga yang lebih rendah. Sudah ada. Ia sebenarnya keadaan stabil. Tidak ada alasan untuk meninggalkannya kecuali terdapat sedikit getaran di medan elektromagnetik dan ia boleh terkikik di sekitar elektron itu dan menjatuhkannya dari keadaan tenaga yang lebih tinggi dan menghantarnya jatuh ke keadaan lebih rendah
Perkara lain disebut Lamb Shift, dan ini adalah ketika medan elektromagnetik yang bergetar atau zarah maya berinteraksi lagi dengan elektron sebagai atom hidrogen. Ia dapat mendorongnya dengan perlahan, dan pergeseran ini mempengaruhi beberapa keadaan elektron dan bukan keadaan lain. Dan sebenarnya ada keadaan yang anda katakan mempunyai sifat tenaga katakan yang sama, mereka sama, tetapi kerana Lamb Shift, kerana medan elektromagnetik yang bergetar ini berinteraksi dengan salah satu dari keadaan tersebut dan bukan yang lain, sebenarnya secara halus mengubah tahap tenaga negeri-negeri tersebut walaupun anda menjangkakan keadaannya sama.
Dan bukti lain terdapat dalam penyebaran foton foton biasanya dua foton, phweeet, terbang satu sama lain. Mereka tidak elektrik, jadi mereka tidak mempunyai alasan untuk berinteraksi, tetapi kadangkala foton boleh bergetar menjadi pasangan elektron / positron, dan pasangan elektron / positron dapat berinteraksi dengan foton yang lain. Jadi kadang-kadang mereka saling melantun. Ia sangat jarang berlaku kerana anda harus menunggu kegoyahan berlaku pada masa yang tepat, tetapi ia boleh berlaku.
Fraser:
Jadi bagaimana mereka berinteraksi dengan lubang hitam?
Paulus:
Baiklah, inilah inti permasalahan. Apa kaitan semua zarah maya atau medan elektromagnetik yang bergetar dengan lubang hitam, dan khususnya radiasi Hawking? Tetapi lihat ini. Rumusan asal Hawkings dari idea ini bahawa lubang hitam dapat memancar dan kehilangan jisim sebenarnya tidak ada kaitan dengan zarah maya. Atau tidak membicarakan secara langsung mengenai pasangan zarah maya, dan sebenarnya tidak ada rumusan lain atau konsep moden mengenai proses ini yang membincangkan pasangan zarah maya.
Sebaliknya, mereka bercakap lebih banyak mengenai ladang itu sendiri dan secara khusus apa yang berlaku di ladang sebelum lubang hitam ada, apa yang terjadi padanya ketika lubang hitam terbentuk, dan kemudian apa yang terjadi pada ladang setelah terbentuk. Dan semacam itu mengemukakan soalan: Apa yang terjadi pada bit medan yang bergetar ini, seperti sifat mendidih sementara dari vakum medan elektromagnetik? Apa yang terjadi padanya ketika lubang hitam terbentuk?
Apa yang berlaku ialah sebilangan bit yang bergetar hanya terperangkap di dekat lubang hitam, berhampiran cakrawala peristiwa ketika ia terbentuk, dan mereka menghabiskan masa yang lama di sana, dan akhirnya mereka melarikan diri. Oleh itu, ia memerlukan sedikit masa, tetapi ketika mereka melarikan diri kerana kelengkungan yang kuat di sana, kelengkungan ruang-waktu yang kuat, mereka dapat ditingkatkan atau dipromosikan. Oleh itu, daripada menjadi goyah sementara untuk sementara, di medan itu mereka didorong untuk menjadi zarah "nyata" atau foton "nyata". Oleh itu, ia seperti interaksi pembentukan lubang hitam itu sendiri dengan medan latar belakang goyah, yang akhirnya terlepas kerana tidak terperangkap oleh lubang hitam.
Akhirnya ia terlepas dan berubah menjadi zarah nyata, dan anda boleh mengira seperti apa yang berlaku dengan mengatakan jumlah zarah yang dijangkakan berhampiran cakrawala peristiwa lubang hitam. Jawapannya adalah nombor negatif, yang bermaksud lubang hitam kehilangan jisim dan mengeluarkan partikel.
Kini konsep popular pasangan zarah maya ini muncul dan ada yang terperangkap dalam cakerawala peristiwa. Itu sama sekali tidak berkaitan dengan matematik radiasi Hawking tetapi juga tidak salah. Ingat bahawa gelombang goyah di medan elektromagnetik berkaitan dengan pasangan zarah dan zarah anti ini yang sentiasa muncul dan tidak wujud. Mereka jenis berganding bahu. Oleh itu, dengan membincangkan tentang wobbly yang goyah di lapangan, anda juga suka bercakap mengenai penghasilan zarah maya. Dan itu bukan matematik, tetapi anda cukup tahu.
Fraser:
Baiklah, dan akhirnya, Paul. Saya memerlukan anda untuk melancarkan fikiran penonton secara rawak. Sesuatu mengenai zarah maya yang sangat mengagumkan!
Paulus:
Baiklah. Oleh itu, anda mahu menekuk fikiran orang? Baiklah. Saya menyimpan ini untuk kali terakhir. Sesuatu yang berair, hanya untuk anda, Fraser.
Lihat ini, ini adalah bukti lain yang kita miliki untuk adanya turun naik latar belakang ini dan adanya zarah maya, dan itulah sesuatu yang kita namakan sebagai Casimir Effect, atau Casimir Force.
Anda mengambil dua plat logam neutral, dan yang berlaku ialah medan ini yang meresap seluruh ruang-waktu ada di dalam plat dan di luar plat. Di dalam plat, anda hanya boleh mempunyai mod mod panjang gelombang tertentu. Hampir seperti bahagian dalam sangkakala hanya boleh mempunyai mod tertentu yang mengeluarkan suara. Hujung panjang gelombang mesti menyambung ke plat, kerana itulah yang dilakukan plat logam ke medan elektromagnetik.
Di luar plat anda boleh mempunyai panjang gelombang yang anda mahukan. Tidak menjadi masalah.
Oleh itu, di luar pinggan anda mempunyai sebilangan besar mod panjang gelombang yang mungkin. Terdapat semua jenis fluktuasi, getaran getaran di medan elektromagnetik, tetapi di dalam plat hanya panjang gelombang tertentu yang boleh masuk di dalam plat.
Sekarang, di luar terdapat banyak mod. Di dalamnya, masih ada jumlah mod yang tidak terbatas, jumlah mod yang sedikit lebih sedikit. Dan anda boleh mengambil tak terhingga di luar, dan mengurangkan tak terhingga di bahagian dalam, dan benar-benar mendapat nombor terhingga, dan apa yang anda berakhir adalah tekanan atau kekuatan yang menyatukan pelat. Dan kami sebenarnya telah mengukurnya. Ini adalah perkara sebenar, dan ya, saya tidak bergurau, anda boleh mengambil infiniti tolak infiniti yang berbeza, dan mendapatkan nombor terhingga. Ada kemungkinan. Salah satu contohnya ialah Pemalar Euler Mascheroni. Saya berani anda mencarinya!
Oleh itu, sekarang saya harap anda memahami apakah zarah maya ini, bagaimana ia dikesan, dan bagaimana ia menyumbang kepada penyejatan lubang hitam.
Dan jika anda belum melakukannya, pastikan anda mengklik di sini dan pergi ke salurannya. Anda akan menemui berpuluh-puluh video yang menjawab soalan yang sama-sama menarik perhatian. Sebenarnya, hantarkan soalan anda dan dia mungkin hanya membuat video dan menjawabnya.
Podcast (audio): Muat turun (Tempoh: 12:26 - 4.8MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
Podcast (video): Muat turun (Tempoh: 12:29 - 205.6MB)
Langgan: Podcast Apple | Android | RSS
