Đôi khi tôi tìm ra điểm yếu trong các bài viết của mình dựa trên email và nhận xét họ nhận được.
Một bài báo phổ biến chúng tôi đã làm là tất cả về Stephen Hawking, nhận ra rằng các lỗ đen phải bốc hơi trong khoảng thời gian rộng lớn. Chúng tôi đã nói về cơ chế, và đề cập đến việc làm thế nào có những hạt ảo này xuất hiện và tồn tại.
Thông thường các hạt này tự hủy, nhưng ở rìa của một chân trời sự kiện lỗ đen, một hạt rơi vào, trong khi một hạt khác được tự do đi lang thang trong vũ trụ. Vì bạn có thể tạo ra các hạt từ không có gì, nên lỗ đen cần phải hy sinh một chút bản thân để mua tự do hạt mới được hình thành này.
Nhưng bài viết ngắn của tôi đã không đủ để làm rõ chính xác các hạt ảo là gì. Rõ ràng, tất cả các bạn muốn biết thêm thông tin. Họ là ai? Chúng được phát hiện như thế nào? Điều này có ý nghĩa gì đối với các lỗ đen?
Trong những tình huống như thế này, khi tôi biết Cảnh sát Vật lý thực tế đang theo dõi, tôi thích gọi một người rung chuông. Một lần nữa, tôi sẽ quay lại và nói chuyện với người bạn tốt của tôi, và nhà vật lý thiên văn thực tế đang làm việc, Tiến sĩ Paul Matt Sutter. Ông đã viết các bài báo về các chủ đề như Phân tích Bayes về Bình minh vũ trụ và Mô phỏng MHD về dòng chảy từ tính. Anh ấy thực sự biết rõ công việc của mình.
Fraser Cain:
Này Paul, câu hỏi đầu tiên: các hạt ảo là gì?
Paul Matt nói:
Ổn thỏa. Không áp lực, Fraser. Được rồi được rồi.
Để có được khái niệm về các hạt ảo, bạn thực sự phải lùi lại một bước và suy nghĩ về trường, đặc biệt là trường điện từ. Theo quan điểm hiện tại của chúng tôi về cách thức vũ trụ hoạt động tất cả không gian và thời gian được lấp đầy với loại trường nền này. Và lĩnh vực này có thể vặn vẹo xung quanh, và đôi khi những tiếng lạch cạch này giống như sóng truyền về phía trước, và chúng ta gọi những sóng này là photon hoặc bức xạ điện từ, nhưng đôi khi nó chỉ có thể ngồi đó và bạn biết đó là bloop bloop, chỉ cần bạn biết xì hơi trong và ngoài, hoặc lên xuống, và tự đun sôi một chút.
Trong thực tế, tất cả các không gian thời gian là loại lộn xộn / lộn xộn xung quanh lĩnh vực này ngay cả trong chân không. Một chân không là không có tất cả mọi thứ. Chân không chỉ là nơi trường này ở trạng thái năng lượng thấp nhất. Nhưng ngay cả khi nó ở trạng thái năng lượng thấp nhất, mặc dù có thể trung bình không có gì ở đó. Không có gì ngăn cản nó từ chỉ bloop bloop bloop bạn biết bong bóng xung quanh.
Vì vậy, thực sự chân không là loại sôi với các lĩnh vực này. Cụ thể là trường điện từ, đó là những gì chúng ta đang nói về ngay bây giờ.
Và chúng ta biết rằng các photon, ánh sáng đó, có thể biến thành các hạt, cặp chống hạt. Nó có thể biến thành một electron và positron. Nó chỉ có thể làm điều này. Nó có thể xảy ra với các photon bình thường, và nó có thể xảy ra với các loại photon chao đảo tạm thời này.
Vì vậy, đôi khi một photon hoặc đôi khi trường điện từ có thể truyền từ nơi này sang nơi khác và chúng ta gọi nó là photon. Và photon đó có thể tách ra thành positron và electron, và những lần khác, nó có thể lắc lư kiểu lắc lư tại chỗ và sau đó lắc lư theo POP POP. Nó xuất hiện trong một positron và một electron và sau đó chúng đâm vào nhau hoặc bất cứ thứ gì, và chúng chỉ sôi lại. Vì vậy, wibble wobble, pop pop, fizz fizz là những gì mà Lừa xảy ra trong chân không mọi lúc, và cái tên mà chúng ta đặt cho các hạt ảo này chỉ là loại nền mờ thông thường hoặc nền tĩnh đối với chân không.
Fraser:
Được chứ. Vậy làm thế nào để chúng ta thấy bằng chứng cho các hạt ảo?
Paul:
Vâng, câu hỏi tuyệt vời. Chúng ta biết rằng chân không có một năng lượng liên quan đến nó. Chúng ta biết rằng các hạt ảo này luôn luôn xì hơi trong và tồn tại vì một vài lý do.
Một là sự chuyển đổi của electron ở các trạng thái khác nhau của nguyên tử. Nếu bạn kích thích nguyên tử, electron sẽ bật lên trạng thái năng lượng cao hơn. Không có lý do gì để electron đó bật trở lại trạng thái năng lượng thấp hơn. Nó đã có ở đó. Nó thực sự là một trạng thái ổn định. Không có lý do gì để nó rời đi trừ khi có một chút rung lắc trong trường điện từ và nó có thể cười khúc khích xung quanh electron đó và đẩy nó ra khỏi trạng thái năng lượng cao hơn đó và khiến nó rơi xuống trạng thái thấp hơn
Một thứ khác được gọi là Lamb Shift, và đây là khi trường điện từ lắc lư hoặc các hạt ảo tương tác lại với các electron trong nguyên tử hydro. Nó có thể nhẹ nhàng huých chúng xung quanh, và sự dịch chuyển này ảnh hưởng đến một số trạng thái của electron chứ không phải các trạng thái khác. Và thực tế có những trạng thái mà bạn sẽ nói có cùng tính chất năng lượng, chúng giống hệt nhau, nhưng vì Lamb Shift, vì trường điện từ chao đảo này tương tác với một trong những trạng thái đó chứ không phải là trạng thái khác, nó thực sự tinh tế thay đổi mức năng lượng của các trạng thái đó mặc dù bạn mong đợi chúng hoàn toàn giống nhau.
Và một bằng chứng khác là trong sự tán xạ photon photon thường là hai photon chỉ, phweeet, bay với nhau. Chúng trung hòa về điện, vì vậy chúng không có lý do để tương tác, nhưng đôi khi các photon có thể lắc lư theo cặp electron / positron và cặp electron / positron đó có thể tương tác với các photon khác. Vì vậy, đôi khi họ bật ra khỏi nhau. Nó siêu hiếm vì bạn phải chờ đợi sự chao đảo xảy ra vào đúng thời điểm, nhưng nó có thể xảy ra.
Fraser:
Vậy làm thế nào để chúng tương tác với các lỗ đen?
Paul:
Được rồi, đây là trung tâm của vấn đề. Tất cả những hạt ảo hoặc trường điện từ chao đảo này có liên quan gì đến các lỗ đen và bức xạ Hawking cụ thể? Nhưng kiểm tra này. Hawkings công thức ban đầu của ý tưởng này rằng các lỗ đen có thể tỏa ra và mất khối lượng thực sự không liên quan gì đến các hạt ảo. Hoặc nó không nói trực tiếp về các cặp hạt ảo và trên thực tế không có công thức nào khác hoặc các khái niệm hiện đại hơn về quy trình này nói về các cặp hạt ảo.
Thay vào đó, họ nói nhiều hơn về bản thân trường và cụ thể là những gì xảy ra với trường trước lỗ đen, điều gì xảy ra với nó khi lỗ đen hình thành, và sau đó là những gì xảy ra với trường sau khi nó hình thành. Và nó đặt ra một câu hỏi: Điều gì xảy ra với các bit lắc lư của trường, giống như kiểu sôi sục thoáng qua của chân không của trường điện từ? Điều gì xảy ra với nó khi lỗ đen đó đang hình thành?
Chà, chuyện gì xảy ra là một số bit lung lay lắc lư vừa bị bắt gần lỗ đen, gần chân trời sự kiện khi nó đang hình thành, và chúng ở đó một thời gian dài và cuối cùng chúng trốn thoát. Vì vậy, phải mất một lúc, nhưng khi họ trốn thoát vì độ cong dữ dội ở đó, độ cong dữ dội của không-thời gian, họ có thể được tăng cường hoặc thăng cấp. Vì vậy, thay vì tạm thời lắc lư theo kiểu lắc lư, trong lĩnh vực họ được tăng cường để trở thành các hạt thực tế của Hồi giáo hoặc các photon thực tế. Vì vậy, nó thực sự giống như một sự tương tác của sự hình thành của lỗ đen với trường nền chao đảo, cuối cùng thoát ra vì nó không bị kẹt bởi lỗ đen.
Cuối cùng, nó thoát ra và biến thành các hạt thực, và bạn có thể tính toán như những gì xảy ra với số lượng hạt dự kiến gần chân trời sự kiện của lỗ đen. Câu trả lời là số âm, có nghĩa là lỗ đen đang mất khối lượng và phun ra các hạt.
Bây giờ quan niệm phổ biến này về các cặp hạt ảo xuất hiện và người ta bị cuốn vào chân trời sự kiện. Điều đó không chính xác gắn liền với toán học của bức xạ Hawking nhưng nó cũng không hoàn toàn sai. Hãy nhớ rằng các wobbly lắc lư trong trường điện từ có liên quan đến các cặp hạt và chất chống hạt này liên tục xuất hiện trong và ngoài sự tồn tại. Họ đi đôi với nhau. Vì vậy, bằng cách nói về wibbly wobbly trong lĩnh vực mà bạn Were cũng nói về việc sản xuất các hạt ảo. Và nó không chính xác là toán học, nhưng bạn biết đủ gần.
Fraser:
Được rồi, và cuối cùng, Paul. Tôi cần bạn chỉ ngẫu nhiên thổi vào tâm trí của người xem. Một cái gì đó về các hạt ảo thật tuyệt vời!
Paul:
Ổn thỏa. Vì vậy, bạn muốn uốn cong mọi người tâm trí? Được rồi Tôi đã tiết kiệm điều này cho lần cuối cùng. Một cái gì đó ngon ngọt, chỉ dành cho bạn, Fraser.
Hãy xem điều này, nó có một bằng chứng lớn khác mà chúng ta có về sự tồn tại của những biến động nền này và sự tồn tại của các hạt ảo, và đó là thứ mà chúng ta gọi là Hiệu ứng Casimir, hay Lực lượng Casimir.
Bạn lấy hai tấm kim loại trung tính, và những gì xảy ra là trường này thấm vào tất cả không gian thời gian nằm bên trong các tấm và nó Vượt ra ngoài các tấm. Bên trong các tấm, bạn chỉ có thể có các bước sóng nhất định của các chế độ. Gần giống như bên trong của một cây kèn chỉ có thể có một số chế độ tạo ra âm thanh. Các đầu của các bước sóng phải kết nối với các bản, bởi vì đó là những gì các tấm kim loại làm với các trường điện từ.
Bên ngoài các tấm bạn có thể có bất kỳ bước sóng nào bạn muốn. Nó không quan trọng.
Vì vậy, nó có nghĩa là bên ngoài các tấm bạn có vô số bước sóng có thể của các chế độ. Tất cả các loại dao động có thể xảy ra, dao động trong trường điện từ đều có, nhưng bên trong các tấm nó chỉ có một số bước sóng nhất định có thể nằm trong các tấm.
Bây giờ, bên ngoài có một số lượng vô hạn các chế độ. Bên trong, vẫn còn một số lượng vô hạn các chế độ, chỉ một số ít các chế độ vô hạn. Và bạn có thể lấy vô cực ở bên ngoài, và trừ đi vô hạn vô hạn ở bên trong, và thực sự có được một số hữu hạn, và cái cuối cùng bạn là một áp lực hoặc một lực mang các tấm lại với nhau. Và chúng tôi đã thực sự đo lường điều này. Đây là một điều có thật, và vâng, tôi không đùa đâu, bạn có thể lấy vô cực trừ đi một vô cực khác, và có được một số hữu hạn. Nó có thể. Một ví dụ là hằng số Euler Mascheroni. Tôi dám cho bạn tìm nó!
Vì vậy, bạn đi, bây giờ tôi hy vọng bạn hiểu những hạt ảo này là gì, cách chúng phát hiện và cách chúng góp phần vào sự bốc hơi của một lỗ đen.
Và nếu bạn đã có được, hãy chắc chắn rằng bạn nhấp vào đây và truy cập kênh của anh ấy. Bạn sẽ tìm thấy hàng tá video trả lời các câu hỏi khó hiểu như nhau. Trong thực tế, gửi câu hỏi của bạn và anh ấy có thể chỉ cần làm một video và trả lời chúng.
Podcast (âm thanh): Tải xuống (Thời lượng: 12:26 - 4,8 MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
Podcast (video): Tải xuống (Thời lượng: 12:29 - 205.6MB)
Theo dõi: Apple Podcasts | Android | RSS
