לפעמים אני מבין את נקודת התורפה במאמרים שלי על סמך המיילים והתגובות שהם מקבלים.
מאמר פופולרי אחד שעשינו היה סביב ההכרה של סטיבן הוקינג כי חורים שחורים חייבים להתאדות לאורך פרקי זמן עצומים. דיברנו על המנגנון, והזכרנו איך יש את החלקיקים הווירטואליים האלה שנכנסים פנימה ומחוצה להם.
בדרך כלל חלקיקים אלו משמידים את עצמם, אך בקצה אופק האירועים של חור שחור, חלקיק אחד נופל פנימה ואילו חלק אחר חופשי לשוטט בקוסמוס. מכיוון שאי אפשר ליצור חלקיקים מכלום, החור השחור צריך להקריב קצת מעצמו כדי לקנות את החופש של החלקיק החדש שהוקם.
אבל המאמר הקצר שלי לא הספיק כדי להבהיר בדיוק מהם החלקיקים הווירטואליים. ברור שכולכם רצו מידע נוסף. מה הם? כיצד הם מתגלים? מה זה אומר על חורים שחורים?
במצבים כאלה, כשאני יודע שמשטרת הפיזיקה האמיתית צופה בה, אני אוהבת להזמין צלצול. שוב, אני אחזור לדבר עם חברתי הטובה, והאסטרופיזיקאי העובד בפועל, דוקטור פול מאט סוטר. הוא כתב מאמרים בנושאים כמו הניתוח הבייסיאני של שחר קוסמי וסימולציות של MHD של זרמים מגנטיים. הוא באמת יודע את הדברים שלו.
פרייזר קיין:
היי פול, שאלה ראשונה: מהם חלקיקים וירטואליים?
פול מאט סאטר:
בסדר. בלי לחץ, פרייזר. בסדר בסדר.
כדי לקבל את הרעיון של חלקיקים וירטואליים אתה צריך לקחת צעד אחורה ולחשוב על התחום, במיוחד השדה האלקטרומגנטי. בתפיסה הנוכחית שלנו כיצד היקום עובד כל המרחב והזמן מלא בשדה רקע מסוג זה. והשדה הזה יכול להתנדנד ולהתנדנד סביב, ולפעמים הוויבולות וההתנודדות האלה הם כמו גלים שמתפשטים קדימה, ואנחנו מכנים את הגלים האלה פוטונים או קרינה אלקטרומגנטית, אבל לפעמים זה פשוט יכול לשבת שם ואתה יודע בועה של צלעות, רק אתה יודע פופ להשתכשך פנימה והחוצה, או למעלה ולמטה, וסוג להרתיח מעט לבד.
למעשה, כל הזמן המרחב הוא סוג של מתנדנד / מתנדנד סביב התחום הזה אפילו בוואקום. ואקום אינו העדר הכל. הוואקום הוא בדיוק המקום בו שדה זה נמצא במצב האנרגיה הנמוך ביותר שלו. אבל למרות שזה במצב האנרגיה הנמוך ביותר, למרות שאולי בממוצע אין שם כלום. אין שום דבר שמונע את זה רק מפתיחת פתיחת כתמים שאתה מכיר מבעבע.
אז למעשה הריק הוא סוג של רתיחה בשדות האלה. במיוחד השדה האלקטרומגנטי עליו אנו מדברים כרגע.
ואנחנו יודעים שפוטונים, האור הזה, יכולים להפוך לזוגות חלקיקים, אנטי-חלקיקים. זה יכול להפוך לאלקטרון ולפוזיטרון. זה פשוט יכול לעשות את זה. זה יכול לקרות לפוטונים רגילים וזה יכול לקרות לסוג כזה של פוטונים זמניים מתנדנדים.
כך שלעתים פוטון או לפעמים השדה האלקטרומגנטי יכול להתפשט ממקום למקום, ואנחנו קוראים לזה פוטון. והפוטון הזה יכול להתפצל לפוזיטרון ואלקטרון, ובפעמים אחרות הוא יכול פשוט לנדנד וויבל מהסוג במקום ואז לנדנד לנדנד POP POP. זה קופץ לפוזיטרון ואלקטרון ואז הם מתרסקים זה בזה או כל דבר אחר, והם פשוט מתבדרים שוב למטה. אז, התנודדות מתנודדת, פופ פופ, fizz fizz הוא סוג של מה שקורה בוואקום כל הזמן, וזה השם שאנחנו נותנים לחלקיקים הווירטואליים האלה הם רק הסוג הרגיל של fuzz רקע או רקע סטטי לוואקום.
פרייזר:
בסדר. אז איך אנו רואים ראיות לחלקיקים וירטואליים?
פול:
כן, שאלה נהדרת. אנו יודעים שלוואקום יש אנרגיה הקשורה אליו. אנו יודעים כי החלקיקים הווירטואליים הללו תמיד מתמזגים פנימה ומחוצה להם מכמה סיבות.
האחד הוא המעבר של האלקטרון במצבים שונים של האטום. אם אתה מרגש את האטום האלקטרון צץ למצב אנרגיה גבוה יותר. אין שום סיבה שהאלקטרון הזה יצוץ למצב אנרגיה נמוך יותר. זה כבר שם. זה למעשה מצב יציב. אין שום סיבה שהוא יעזוב אלא אם כן יש מעט נדנדות קטנות בשדה האלקטרומגנטי וזה יכול לצחקק סביב האלקטרון ההוא ולהפיל אותו מאותו מצב אנרגיה גבוה יותר ולשלוח אותו מתרסק למצב נמוך יותר
דבר נוסף נקרא Shift Shamb (Lamb Shift), וזה כאשר השדה האלקטרומגנטי המתנדנד או הנדבך או החלקיקים הווירטואליים מתקשרים שוב עם אלקטרונים, למשל, אטום מימן. זה יכול לדחוף אותם בעדינות, ושינוי זה משפיע על כמה מצבים של האלקטרון ולא על מצבים אחרים. ויש למעשה מצבים שתאמרו שאותם תכונות אנרגיה אומרות בדיוק, הם פשוט זהים, אך מכיוון שמשמרת הכבשים, בגלל השדה האלקטרומגנטי העגול והמפוצץ הזה, מתקשרת עם אחד מאותם מצבים ולא עם האחר, היא למעשה משנה בעדינות את רמות האנרגיה של אותם מדינות למרות שהיית מצפה שיהיו זהות לחלוטין.
ועוד חתיכת ראיות היא בפיזור פוטון פוטון בדרך כלל שני פוטונים פשוטים, זה לזה, טסים זה ליד זה. הם ניטרלים חשמלית, כך שאין להם שום סיבה לקיים אינטראקציה, אך לפעמים הפוטונים יכולים לנדנד להתנדנד לזוגות אלקטרונים / פוזיטרון, וכי צמד האלקטרונים / פוזיטרון יכולים לתקשר עם הפוטונים האחרים. אז לפעמים הם מקפצים זה מזה. זה סופר נדיר מכיוון שאתה צריך לחכות שהנענע הנדנדה יקרה בדיוק בזמן הנכון, אבל זה יכול לקרות.
פרייזר:
אז איך הם מתקשרים עם חורים שחורים?
פול:
בסדר, זה לב העניין. מה כל החלקיקים הווירטואליים האלה או שדות אלקטרומגנטיים מתנדנדים קשורים לחורים שחורים, ובמיוחד לקרינת הוקינג? אבל בדוק את זה. הניסוח המקורי של הוקינגס לרעיון זה שחורים שחורים יכולים להקרין ולאבד מסה למעשה לא קשור לחלקיקים וירטואליים. או שזה לא מדבר ישירות על זוגות חלקיקים וירטואליים, ולמעשה אף ניסוחים אחרים או תפיסות מודרניות יותר של התהליך הזה לא מדברים על זוגות חלקיקים וירטואליים.
במקום זאת, הם מדברים יותר על השדה עצמו ובאופן ספציפי על מה שקורה לשדה לפני שהחור השחור נמצא שם, מה קורה לו כשנוצר החור השחור, ואז מה קורה לשדה אחרי שהוא נוצר. וזה סוג של שאלה: מה קורה לקטעי השדה הנדנדים האלה, אלה כמו סוג חולף של אופי רותח של ואקום השדה האלקטרומגנטי? מה קורה לזה כשאותו חור שחור נוצר?
ובכן, מה שקורה הוא שחלק מהקטעים המנדנדים הנדנדים פשוט נתפסים ליד החור השחור, בסמוך לאופק האירועים בזמן שהוא מתהווה, והם מבלים שם זמן רב ובסופו של דבר הם בורחים. אז זה לוקח זמן, אך כאשר הם נמלטים בגלל העקמומיות העזה שם, העקמומיות העזה של זמן-חלל, הם יכולים לקבל חיזוק או קידום. אז במקום להיות זמניים מתנדנדים באופן זמני, בשטח הם מתחזקים להיות חלקיקים "אמיתיים" או פוטונים "אמיתיים". אז זה ממש כמו אינטראקציה של היווצרות החור השחור עצמו עם שדה הרקע העגול והמפותל, שבסופו של דבר נמלט מכיוון שהוא לא כלוא כל כך על ידי החור השחור.
בסופו של דבר הוא בורח והופך לחלקיקים אמיתיים, ואפשר לחשב כמו מה שקורה לומר את מספר החלקיקים הצפוי ליד אופק האירועים של החור השחור. התשובה היא המספר השלילי, כלומר החור השחור מאבד מסה ויורה חלקיקים.
כעת התפיסה הפופולרית הזו של זוגות חלקיקים וירטואליים הופכים לקיום ואחד שנלכד באופק האירועים. זה לא בדיוק קשור למתמטיקה של קרינת הוקינג אבל זה גם לא בדיוק טועה. זכור שהמנדנדות הנדנדות בשדה האלקטרומגנטי קשורות לזוגות החלקיקים האלה ואנטי-חלקיקים שצצים כל הזמן אל מחוץ לקיום. הם הולכים יד ביד. אז על ידי דיבורים על סיבובים מתנועעים בתחום אתה מדבר גם על ייצור חלקיקים וירטואליים. וזה לא בדיוק המתמטיקה, אבל אתה יודע מספיק קרוב.
פרייזר:
אוקיי, ולבסוף, פול. אני צריך שתפוצץ את מוחם של הצופים באופן אקראי. משהו בחלקיקים וירטואליים שהוא פשוט מדהים!
פול:
בסדר. אז אתה רוצה לכופף את דעתם של אנשים? בסדר. חסכתי זאת בפעם האחרונה. משהו עסיסי, רק בשבילך, פרייזר.
בדוק את זה, זו עוד עדות אחת גדולה שיש לנו לקיומם של תנודות רקע אלה וקיומם של חלקיקים וירטואליים, וזה משהו שאנחנו מכנים אפקט קזימיר, או כוח קזימיר.
אתה לוקח שני לוחות מתכת נייטרליים, ומה שקורה הוא שהשדה הזה מחלחל לכל זמן החלל נמצא בתוך הלוחות וזה מחוץ ללוחות. בתוך הצלחות תוכלו להיות באורך גל מסוים של מצבים. כמעט כמו החלק הפנימי של חצוצרה יכול להיות רק במצבים מסוימים שמשמיעים צליל. קצות אורכי הגל חייבים להתחבר ללוחות, כי זה מה שעושים לוחיות מתכת לשדות אלקטרומגנטיים.
מחוץ ללוחות תוכלו לקבל כל אורך גל שתרצו. זה לא משנה.
אז זה אומר שמחוץ לצלחות יש לכם מספר אינסופי של אורכי גל אפשריים של מצבים. כל סוג של סוג אפשרי של תנודות, מתנדנדות בשדה האלקטרומגנטי הוא שם, אבל בתוך הצלחות יש רק אורכי גל מסוימים שיכולים להיכנס בתוך הצלחות.
עכשיו, בחוץ יש מספר אינסופי של מצבים. בפנים, עדיין יש מספר אינסופי של מצבים, רק מעט פחות אינסוף של מצבים. ואתה יכול לקחת את האינסוף מבחוץ, ולחסר את האינסוף האינסופי מבפנים, ולמעשה לקבל מספר סופי, ומה שאתה בסופו של דבר הוא לחץ או כוח שמאגד את הצלחות. וממש מדדנו את זה. זה דבר אמיתי, וכן, אני לא צוחק, אתה יכול לקחת אינסוף מינוס אינסוף אחר ולקבל מספר סופי. זה אפשרי. דוגמא אחת היא קונצרן אוילר מסצ'רוני. אני מעז לך לבדוק את זה!
אז הנה, עכשיו אני מקווה שתבינו מהם החלקיקים הווירטואליים האלה, איך הם מתגלים ואיך הם תורמים לאידוי חור שחור.
ואם עדיין לא, דאג שתלחץ כאן ותעבור לערוץ שלו. תמצאו עשרות סרטונים העונים על שאלות מכופפות לא פחות. למעשה, שלחו את השאלות שלכם והוא עשוי פשוט ליצור סרטון ויענה עליהן.
פודקאסט (שמע): הורדה (משך: 12:26 - 4.8MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
פודקאסט (וידאו): הורדה (משך: 12:29 - 205.6MB)
הירשם כמנוי: פודקאסטים של אפל | אנדרואיד | RSS
