อนุภาคเสมือนคืออะไร?

บางครั้งฉันหาจุดอ่อนในบทความของฉันตามอีเมลและความคิดเห็นที่ได้รับ

หนึ่งในบทความยอดนิยมที่เราทำคือการตระหนักถึง Stephen Hawking ว่าหลุมดำต้องระเหยไปเป็นระยะเวลานาน เราพูดคุยเกี่ยวกับกลไกและพูดถึงว่ามีอนุภาคเสมือนเหล่านี้ที่โผล่เข้ามาและออกจากการดำรงอยู่

โดยปกติแล้วอนุภาคเหล่านี้จะทำลายล้างตนเอง แต่ที่ขอบฟ้าของเหตุการณ์หลุมดำอนุภาคหนึ่งก็ตกลงมาในขณะที่อีกอนุภาคหนึ่งสามารถเดินจักรวาลได้ฟรี เนื่องจากคุณไม่สามารถสร้างอนุภาคจากสิ่งใดหลุมดำจำเป็นต้องเสียสละตัวเองเล็กน้อยเพื่อซื้ออิสรภาพของอนุภาคที่เพิ่งสร้างใหม่นี้

แต่บทความสั้น ๆ ของฉันไม่เพียงพอที่จะอธิบายอย่างชัดเจนว่าอนุภาคเสมือนจริงคืออะไร เห็นได้ชัดว่าคุณต้องการข้อมูลเพิ่มเติม พวกเขาคืออะไร ตรวจพบได้อย่างไร? สิ่งนี้หมายความว่าสำหรับหลุมดำ

ในสถานการณ์เช่นนี้เมื่อฉันรู้ว่าจริง ๆ แล้วตำรวจฟิสิกส์กำลังดูอยู่ฉันชอบโทรหาคนสั่น อีกครั้งฉันจะกลับไปคุยกับเพื่อนที่ดีของฉันและนักฟิสิกส์ดาราศาสตร์ที่ทำงานจริงดร. Paul Matt Sutter เขาได้เขียนบทความเกี่ยวกับวิชาต่าง ๆ เช่นการวิเคราะห์แบบเบย์ของ Cosmic Dawn และ MHD Simulations of Magnetic Outflows เขารู้สิ่งที่เขาจริง ๆ

เฟรเซอร์อดัม:
เฮ้พอลคำถามแรก: อนุภาคเสมือนคืออะไร?

Paul Matt Sutter:
Alright ไม่มีแรงกดดันเฟรเซอร์ ตกลงตกลง.

เพื่อให้ได้แนวคิดของอนุภาคเสมือนจริงคุณต้องถอยกลับไปคิดเกี่ยวกับสนามโดยเฉพาะสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในมุมมองปัจจุบันของเราเกี่ยวกับวิธีการทำงานของเอกภพพื้นที่และเวลาทั้งหมดที่เต็มไปด้วยเขตข้อมูลพื้นหลังชนิดนี้ และสาขานี้สามารถวอกแวกและโยกไปมาและบางครั้ง wibbles และ wabbles เหล่านี้เป็นเหมือนคลื่นที่แพร่กระจายไปข้างหน้าและเราเรียกโฟตอนคลื่นหรือคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเหล่านี้ แต่บางครั้งมันก็สามารถนั่งอยู่ที่นั่นและคุณก็รู้ว่า bloop bloop มอดเข้าและออกหรือขึ้นและลงและต้มเล็กน้อยด้วยตัวเอง

ในความเป็นจริงทุกครั้งที่มีพื้นที่ว่างเป็น wibbling / wabbling รอบ ๆ เขตข้อมูลนี้แม้ในสุญญากาศ สูญญากาศไม่ได้ขาดทุกอย่าง สุญญากาศเป็นเพียงที่ซึ่งเขตข้อมูลนี้อยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุด แต่แม้ว่าจะอยู่ในสถานะพลังงานต่ำสุด แต่โดยเฉลี่ยแล้วอาจไม่มีอะไรเลย ไม่มีอะไรหยุดมันได้จากเพียงแค่ bloop bloop bloop คุณรู้ว่าเดือดปุด ๆ

จริง ๆ แล้วสูญญากาศคือการเดือดกับสาขาเหล่านี้ โดยเฉพาะสนามแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นสิ่งที่เรากำลังพูดถึงในขณะนี้

และเรารู้ว่าโฟตอนแสงนั้นสามารถเปลี่ยนเป็นคู่อนุภาคต่อต้านอนุภาคได้ มันสามารถเปลี่ยนเป็นอิเล็กตรอนและโพสิตรอนได้ มันสามารถทำได้ มันสามารถเกิดขึ้นกับโฟตอนปกติและมันสามารถเกิดขึ้นกับโฟตอนชั่วคราวที่สั่นคลอนเหล่านี้

ดังนั้นบางครั้งโฟตอนหรือบางครั้งสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสามารถแพร่กระจายจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งและเราเรียกมันว่าโฟตอน และโฟตอนนั้นสามารถแยกออกเป็นโพสิตรอนและอิเล็กตรอนและเวลาอื่น ๆ ก็สามารถโยกเยกโยกเยกในสถานที่และจากนั้นก็โยกเยก POP POP มันปรากฏเป็นโพซิตรอนและอิเล็กตรอนจากนั้นพวกมันก็ชนกันหรืออะไรก็ตามและพวกมันก็หล่นลงมา ดังนั้นการโยกเยกโยกเยกป๊อปป๊อปเดือดเป็นฟองชนิดของสิ่งที่เกิดขึ้นในสูญญากาศตลอดเวลาและนั่นคือชื่อที่เราให้อนุภาคเสมือนเหล่านี้เป็นเพียงพื้นหลังฝอยหรือพื้นหลังแบบคงที่กับสูญญากาศ

เฟรเซอร์:
ตกลง. แล้วเราจะเห็นหลักฐานสำหรับอนุภาคเสมือนได้อย่างไร

พอล:
ใช่คำถามที่ดี เรารู้ว่าสูญญากาศมีพลังงานเกี่ยวข้องกับมัน เรารู้ว่าอนุภาคเสมือนเหล่านี้มักจะมอดเข้าและออกจากการดำรงอยู่ด้วยเหตุผลบางประการ

หนึ่งคือการเปลี่ยนแปลงของอิเล็กตรอนในสภาวะต่าง ๆ ของอะตอม ถ้าคุณตื่นเต้นอะตอมอิเล็กตรอนจะปรากฏขึ้นสู่สถานะพลังงานที่สูงขึ้น ไม่มีเหตุผลที่อิเล็กตรอนตัวนั้นจะกลับมาสู่สถานะพลังงานที่ต่ำกว่า มันมีอยู่แล้ว จริงๆแล้วมันเป็นสถานะที่มั่นคง ไม่มีเหตุผลที่จะออกไปนอกเสียจากว่าจะมีการโยกเยกอยู่ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าเล็กน้อยและมันสามารถหัวเราะไปรอบ ๆ อิเล็กตรอนและกระแทกออกจากสถานะพลังงานที่สูงขึ้นและส่งมันกระแทกเข้าสู่สถานะที่ต่ำกว่า

อีกสิ่งหนึ่งเรียกว่า Lamb Shift และนี่คือเมื่อสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นคลอนหรืออนุภาคเสมือนมีปฏิสัมพันธ์อีกครั้งกับอิเล็กตรอนในการพูดอะตอมไฮโดรเจน มันสามารถเขยิบไปรอบ ๆ เบา ๆ และการเปลี่ยนแปลงนี้จะส่งผลต่อสถานะของอิเล็กตรอนบางตัวและไม่ใช่สถานะอื่น และมีสถานะที่คุณจะบอกว่ามีคุณสมบัติพลังงานพูดเหมือนกันพวกมันเหมือนกัน แต่เพราะ Lamb Shift เพราะสนามแม่เหล็กไฟฟ้าที่สั่นคลอนนี้มีปฏิสัมพันธ์กับหนึ่งในรัฐเหล่านั้นและไม่ใช่ที่อื่น เปลี่ยนระดับพลังงานของรัฐเหล่านั้นอย่างละเอียดแม้ว่าคุณจะคาดหวังว่ามันจะเหมือนกันอย่างสมบูรณ์

และหลักฐานอีกชิ้นหนึ่งก็คือการโฟตอนโฟตอนโดยปกติโฟตอนสองอันคือโฟวีเอตบินต่อกัน พวกมันเป็นกลางทางไฟฟ้าดังนั้นพวกเขาจึงไม่มีเหตุผลที่จะมีปฏิสัมพันธ์ แต่บางครั้งโฟตอนสามารถสั่นคลอนเข้าไปพูดคู่อิเล็กตรอน / โพซิตรอนและคู่อิเล็กตรอน / โพซิตรอนสามารถโต้ตอบกับโฟตอนอื่น ๆ ดังนั้นบางครั้งพวกเขาก็กระเด็นออกจากกัน มันหายากสุด ๆ เพราะคุณต้องรอการโยกเยกโยกเยกให้เกิดขึ้นในเวลาที่เหมาะสม แต่มันสามารถเกิดขึ้นได้

เฟรเซอร์:
แล้วพวกมันจะมีปฏิสัมพันธ์กับหลุมดำได้อย่างไร?

พอล:
เอาล่ะนี่คือหัวใจของเรื่อง อนุภาคเสมือนเหล่านี้ทั้งหมดหรือสนามแม่เหล็กไฟฟ้าสั่นคลอนทำอะไรกับหลุมดำและโดยเฉพาะอย่างยิ่งรังสีฮอว์คิง แต่ตรวจสอบนี้ สูตรดั้งเดิมของ Hawkings ของความคิดนี้ว่าหลุมดำสามารถแผ่และสูญเสียมวลได้จริง ๆ แล้วไม่มีอะไรเกี่ยวข้องกับอนุภาคเสมือนจริง หรือมันไม่ได้พูดโดยตรงเกี่ยวกับคู่อนุภาคเสมือนจริงและในความเป็นจริงไม่มีสูตรอื่น ๆ หรือแนวคิดที่ทันสมัยมากขึ้นของกระบวนการนี้พูดคุยเกี่ยวกับคู่อนุภาคเสมือน

แต่พวกเขาพูดถึงสนามมากกว่าและโดยเฉพาะสิ่งที่เกิดขึ้นก่อนที่หลุมดำจะเกิดขึ้นที่นั่นสิ่งที่เกิดขึ้นในขณะที่หลุมดำก่อตัวขึ้นแล้วจะเกิดอะไรขึ้นกับสนามหลังจากที่เกิดขึ้นแล้ว และมันก็ถามคำถามแบบนี้: เกิดอะไรขึ้นกับบิตของสนามแม่เหล็กที่สั่นคลอนเหล่านี้เช่นลักษณะการเดือดชั่วคราวของสูญญากาศของสนามแม่เหล็กไฟฟ้า เกิดอะไรขึ้นเมื่อหลุมดำกำลังก่อตัว

สิ่งที่เกิดขึ้นก็คือบางส่วนของสั่นคลอนบิตติดอยู่ใกล้หลุมดำใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ขณะที่มันกำลังก่อตัวและพวกเขาใช้เวลานานและในที่สุดพวกเขาก็หนี ดังนั้นเมื่อเวลาผ่านไปสักครู่ แต่เมื่อพวกเขาหลบหนีเพราะความโค้งที่รุนแรงที่นั่นความโค้งที่รุนแรงของเวลาอวกาศพวกเขาสามารถเพิ่มหรือเลื่อนตำแหน่งได้ ดังนั้นแทนที่จะเป็นสั่นคลอนชั่วคราวในสนามพวกเขาได้รับการส่งเสริมให้กลายเป็นอนุภาค“ ของจริง” หรือ“ โฟตอน” ของจริง ดังนั้นมันจึงชอบการโต้ตอบของการก่อตัวของหลุมดำเองกับสนามหลังที่สั่นคลอนซึ่งท้ายที่สุดก็หนีออกมาเพราะมันไม่ติดกับหลุมดำเลย

ในที่สุดมันจะหนีออกมาและกลายเป็นอนุภาคจริงและคุณสามารถคำนวณได้ว่าเกิดอะไรขึ้นกับจำนวนอนุภาคที่คาดว่าใกล้กับขอบฟ้าเหตุการณ์ของหลุมดำ คำตอบคือจำนวนลบซึ่งหมายความว่าหลุมดำสูญเสียมวลและแยกอนุภาคออกมา

ตอนนี้ความคิดที่เป็นที่นิยมของคู่อนุภาคเสมือนโผล่เข้ามามีชีวิตและสิ่งใดสิ่งหนึ่งติดอยู่ในขอบฟ้าเหตุการณ์ นั่นไม่ได้เกี่ยวข้องโดยตรงกับคณิตศาสตร์ของรังสีฮอว์คิง แต่ก็ไม่ผิดเหมือนกัน โปรดจำไว้ว่า wibbly wobbly ในสนามแม่เหล็กไฟฟ้านั้นเกี่ยวข้องกับคู่ของอนุภาคเหล่านี้และตัวต่อต้านอนุภาคที่โผล่เข้ามาและออกจากการมีอยู่อย่างต่อเนื่อง พวกเขาไปจับมือกัน ดังนั้นด้วยการพูดคุยเกี่ยวกับสั่นคลอนในสนามคุณยังพูดถึงการผลิตอนุภาคเสมือนจริงด้วย ไม่ใช่คณิตศาสตร์อย่างแน่นอน แต่คุณรู้ใกล้พอ

เฟรเซอร์:
โอเคและในที่สุดพอล ฉันต้องการให้คุณเป่าความคิดของผู้ชมแบบสุ่ม บางสิ่งเกี่ยวกับอนุภาคเสมือนจริงที่น่าอัศจรรย์!

พอล:
Alright ดังนั้นคุณต้องการที่จะงอจิตใจของผู้คน? เอาล่ะ ฉันบันทึกสิ่งนี้เป็นครั้งสุดท้าย บางสิ่งที่ฉ่ำเพียงแค่คุณ Fraser

ลองดูสินี่เป็นหลักฐานชิ้นสำคัญอีกชิ้นหนึ่งที่เรามีสำหรับการมีอยู่ของความผันผวนของพื้นหลังและการมีอยู่ของอนุภาคเสมือนและนั่นคือสิ่งที่เราเรียกว่าผลเมียร์หรือเอเมียร์กองทัพ

คุณเอาแผ่นโลหะที่เป็นกลางสองแผ่นออกมาและสิ่งที่เกิดขึ้นคือฟิลด์นี้ที่แทรกซึมเข้าไปในอวกาศทุกเวลาอยู่ภายในแผ่นเปลือกโลกและอยู่นอกแผ่นเปลือกโลก ภายในเพลตคุณสามารถมีความยาวคลื่นของโหมดได้แน่นอน เกือบจะเหมือนด้านในของทรัมเป็ตสามารถมีได้เฉพาะโหมดบางอย่างที่ทำให้เกิดเสียง จุดสิ้นสุดของความยาวคลื่นต้องเชื่อมต่อกับแผ่นเปลือกโลกเพราะนั่นคือสิ่งที่แผ่นโลหะทำกับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า

นอกแผ่นคุณสามารถมีความยาวคลื่นที่คุณต้องการ มันไม่สำคัญ

ดังนั้นหมายความว่านอกเพลตคุณมีความยาวคลื่นที่เป็นไปได้ของโหมด ความผันผวนที่อาจเกิดขึ้นได้ทุกชนิดการโยกเยกในสนามแม่เหล็กไฟฟ้าจะมี แต่ภายในแผ่นเปลือกโลกมันมีความยาวคลื่นเพียงช่วงเดียวที่สามารถบรรจุลงในแผ่นได้

ตอนนี้ข้างนอกมีโหมดไม่ จำกัด จำนวน ข้างในยังมีโหมดอนันต์อยู่จำนวนโหมดไม่ จำกัด น้อยลงเล็กน้อย และคุณสามารถหาอนันต์ข้างนอกแล้วลบอนันต์อนันต์ข้างในและได้จำนวน จำกัด และสิ่งที่คุณลงท้ายด้วยความกดดันหรือแรงที่นำแผ่นเข้าด้วยกัน และเราวัดสิ่งนี้ได้จริง นี่คือของจริงและใช่ฉันไม่ได้ล้อเล่นคุณสามารถใช้อินฟินิตี้ลบกับอินฟินิตี้ที่แตกต่างกันและรับจำนวน จำกัด มันเป็นไปได้. ตัวอย่างหนึ่งคือค่าคงที่ของออยเลอร์มาเชอโรนิ ฉันกล้าให้คุณมองมัน!

ตอนนี้คุณไปที่นั่นแล้วฉันหวังว่าคุณจะเข้าใจว่าอนุภาคเสมือนเหล่านี้คืออะไรพวกมันถูกตรวจจับได้อย่างไรและพวกมันช่วยให้เกิดการระเหยของหลุมดำได้อย่างไร

และหากคุณยังไม่ได้ตรวจสอบให้แน่ใจว่าคุณคลิกที่นี่และไปที่ช่องของเขา คุณจะพบวิดีโอนับสิบตอบคำถามที่ตอบสนองได้อย่างเท่าเทียมกัน ในความเป็นจริงส่งคำถามของคุณแล้วเขาอาจสร้างวิดีโอและตอบคำถามเหล่านั้น

พอดคาสต์ (เสียง): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 12:26 - 4.8MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS

Podcast (วิดีโอ): ดาวน์โหลด (ระยะเวลา: 12:29 - 205.6MB)

สมัครสมาชิก: Apple Podcasts | Android | RSS